胶原/羟基磷灰石复合涂层人工关节植入体及制备方法

摘要

本发明公开了一种胶原/羟基磷灰石混合涂层人工关节植入体及制造方法，本发明通过对人工关节材料表面依次进行胶原和羟基磷灰石涂层，胶原涂层厚度为10～20μm、孔隙率为90％～95％，羟基磷灰石涂层厚度为20～50μm、孔隙率为5％～15％，使人工关节表面具有天然骨细胞外基质成分，加强诱导成骨的作用，从而促进骨与植入钛板的链接，实现人工关节的生理固定，有效地解决现有技术中人工关节植入体内后易松动的难题。

权利要求

1.一种胶原/羟基磷灰石复合涂层人工关节植入体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）人工关节植入体经金刚砂纸打磨后，依次置于丙酮、体积百分比为75％的乙醇、双蒸水中超声清洗20、15、20min，再以0.25-0.5mm大颗粒金刚砂磨砂人工关节植入体后，依次以丙酮、体积百分比为75％的乙醇、蒸馏水超声清洗各15 min，得到表面光滑的人工关节植入体；

（2）从牛肌腱中提取I型胶原，将浓度为5mg/ml 的I型胶原溶液和浓度为5mg/ml 的碳化二亚胺溶液等体积混合，得到第一混合溶液，在第一混合溶液中浸入步骤（1）得到的表面光滑的人工关节植入体，37℃水浴维持18小时，得到胶原涂层的人工关节植入体，将其浸入PBS溶液中超声处理10min去除未紧密粘附的胶原；

（3）将20ml浓度为1.5mg/ml的尿素酶溶液与30ml浓度为5mg/ml的碳化二亚胺溶液混合，得到第二混合溶液；将步骤（2）得到的胶原涂层的人工关节植入体浸入第二混合溶液中，37℃水浴18小时，得到尿素酶修饰的胶原涂层的人工关节植入体，将其置入PBS溶液冲洗；

（4）将Ca(NO3)2、NH4H2PO4、尿素混合溶解于水中使各自浓度达到10mM、6mM和10mM，用浓度为50mM氨水调节PH值在5.8，配置第三混合溶液，然后将步骤（3）得到的尿素酶修饰的胶原涂层的人工关节植入体浸入第三混合溶液中，37℃维持1小时，这样胶原涂层的表面被羟基磷灰石涂层，从而得到胶原/羟基磷灰石混合涂层人工关节植入体，所述人工关节植入体表面具有胶原涂层，胶原涂层膜厚度为5～20μm、孔隙率为90％～95％，在胶原涂层上具有羟基磷灰石涂层，羟基磷灰石涂层厚度为20～100μm、孔隙率为5％～15％。

说明书

胶原/羟基磷灰石复合涂层人工关节植入体及制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于骨外科关节领域，尤其涉及一种胶原/羟基磷灰石复合涂层人工关节植入体及制备方法。

背景技术

[0002] 随着人口老龄化的加剧和各种损伤造成的关节损害的增加，往往导致关节结构上发生改变，单纯使用药物治疗只能部分缓解疼痛症状，难以改善关节功能。而人工关节置换可以达到缓解疼痛、稳定关节、矫正畸形、改善关节功能等目的。如类风湿性关节炎引起的疼痛、陈旧性关节脱位等，通过人工关节手术，可以明显矫正关节畸形，使原来僵硬的关节恢复正常功能。许多疾病所致的关节疼痛和严重功能障碍，都适合采用人工关节置换手术，全世界每年有大约80万人接受人工关节手术，而且有逐年增多的趋势。人工关节手术是二十世纪医学上取得的一个最成功的手术之一，也是治疗关节疾患的最好方法之一。然而它也存在一些问题，假体松动发生率可达2%-24%，究其原因就是材料和人体骨界面不能完好结合，导致置换后骨溶解、关节松动等人工关节问题。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种胶原/羟基磷灰石复合涂层人工关节植入体及制备方法。使人工关节植入人体之后使生物活性材料与人体骨之间建立一种骨性结合而实现生物固定，可防止假体松动、下沉，延长人工关节使用年限。

[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种胶原/羟基磷灰石复合涂层人工关节植入体，人工关节材料表面具有胶原涂层，胶原涂层膜厚度为5～20μm、孔隙率为90％～95％，在胶原涂层上具有羟基磷灰石涂层，羟基磷灰石涂层厚度为20～100μm、孔隙率为5％～15％。

[0005] 上述胶原/羟基磷灰石复合涂层人工关节植入体的制备方法，包括以下步骤：

[0006] （1）人工关节植入体经金刚砂纸打磨后，依次置于丙酮、体积百分比为75％的乙醇、双蒸水中超声清洗20、15、20min，再以0.25-0.5mm大颗粒金刚砂磨砂人工关节植入体后，依次以丙酮、体积百分比为75％的乙醇、蒸馏水超声清洗各15 min，得到表面光滑的人工关节植入体；

[0007] （2）从牛肌腱中提取I型胶原，将I型胶原溶液（5mg/ml）和碳化二亚胺溶液（5mg/ml）等体积混合，得到第一混合溶液，在第一混合溶液中浸入步骤1得到的表面光滑的人工关节植入体，37℃水浴维持18小时，得到胶原涂层的人工关节植入体，将其浸入PBS溶液中超声处理10min去除未紧密粘附的胶原；

[0008] （3）将20ml尿素酶溶液（1.5mg/ml）与30ml碳化二亚胺溶液（5mg/ml）混合，得到第二混合溶液；将步骤2得到的胶原涂层的人工关节植入体浸入第二混合溶液中，37℃水浴18小时，得到尿素酶修饰的胶原涂层的人工关节植入体，将其置入PBS溶液冲洗；

[0009] （4）将Ca(NO3)2、NH4H2PO4、尿素混合溶解于水中使各自浓度达到10mM、6mM和10mM，用浓度为50mM氨水调节PH值在5.8，配置第三混合溶液，然后将步骤3得到的尿素酶修饰的胶原涂层的人工关节植入体浸入第三混合溶液中，37℃维持1小时，这样胶原涂层的表面被羟基磷灰石涂层，从而得到本发明权利要求1所述胶原/羟基磷灰石混合涂层人工关节植入体。

[0010] 本发明的有益效果是，本发明通过对人工关节表面进行胶原和羟基磷灰石复合涂层，使其表面具有天然骨基质的主要成分，促进新骨的长入，从而促进骨与人工关节的链接，防止假体松动的发生。本发明通过改性植入材料的表面结构，进行胶原和羟基磷灰石混合涂层，使材料和人体骨界面更好结合，将大幅度降低置换并发症，减少置换后骨溶解、关节松动等人工关节问题，延长人工关节使用年限。

附图说明

[0011] 图1为胶原/羟基磷灰石复合涂层的钛板表面电镜结构图。

[0012] 图2为骨细胞粘附在胶原/羟基磷灰石复合涂层的钛板表面图。

具体实施方式

[0013] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

[0014] 实施例1：

[0015] 商用纯钛切割成10mm×10mm×1mm正方片，经320#、400#、600#金刚砂纸依次打磨，然后依次置于丙酮、体积百分比为75％的乙醇、双蒸水中超声清洗20、15、20min，得到光滑表面钛板。以0.25-0.5mm大颗粒金刚砂磨砂光滑面钛板，依次以丙酮、体积百分比为75％的乙醇、蒸馏水超声清洗各15 min。从牛肌腱中提取I型胶原，I型胶原溶液（5mg/ml）和碳化二亚胺溶液（5mg/ml）等体积混合，在混合溶液中浸入钛板，37℃水浴维持18小时，得到胶原涂层的钛板，然后胶原涂层的钛板浸入PBS溶液中超声处理10min去除未紧密粘附的胶原；20ml尿素酶溶液（1.5mg/ml）与30ml碳化二亚胺溶液（5mg/ml）混合，尿素酶-碳化二亚胺混合溶液中浸入胶原涂层的钛板，37℃水浴维持18小时，得到尿素酶修饰的胶原涂层的钛板，然后尿素酶修饰的胶原涂层的钛板置入PBS溶液冲洗；最后将Ca(NO3)2、NH4H2PO4、尿素混合溶解于水中使各自浓度达到10mM、6mM和10mM，用50mM氨水调解PH值在5.8，配置混合溶液，然后将尿素酶修饰的胶原涂层的钛板浸入100ml上述混合溶液中，
37℃维持1小时，这样在钛板表面被羟基磷灰石涂层，得到图1所示的胶原/羟基磷灰石复合涂层的钛板，对于诱导骨的形成起重要作用。胶原涂层厚度为10～20μm、孔隙率为
90％～95％，羟基磷灰石涂层厚度为20～50μm、孔隙率为5％～15％。

[0016] 本发明的人工关节种植体可采用纯钛或钛合金制成。

[0017] 实施例2：

[0018] 将骨细胞种植到按照实施例1方法所得的微纳米活性钛板上，培养3天后，用扫描电镜观察骨细胞在微纳米化改性的钛板表面的粘附情况，进而评价钛板与骨细胞的生物相容性，结果如图2所示，骨细胞在钛板表面的粘附情况良好。

[0019] 实施例3：

[0020] 将微纳米活性的人工关节种植体植入到犬股骨近端，行髋关节置换，观察人工关节种植体与周围骨组织的连接情况。发现通过对人工关节表面进行胶原和羟基磷灰石复合涂层，使其表面具有天然骨基质的主要成分，促进了新骨的长入，从而促进了骨与人工关节的链接。