人工關(guān)節(jié)高分子材料性能優(yōu)異

    中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所近日傳出消息，該所生物醫(yī)用高分子材料團(tuán)隊(duì)針對(duì)世界人工關(guān)節(jié)材料發(fā)展存在的難題和我國(guó)人工關(guān)節(jié)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，開發(fā)了一系列具有高強(qiáng)度和韌性、低磨損速率、不氧化、抗氧化、抗生物侵蝕等突出性能的新材料。

　　研究人員通過采用新型抗氧化劑，有效地阻斷聚乙烯的氧化通路，抑制了分子鏈的氧化降解。與國(guó)外最先進(jìn)的維生素E穩(wěn)定的交聯(lián)聚乙烯相比，新材料在極端加速老化條件下，經(jīng)過更長(zhǎng)時(shí)間才開始氧化，而且材料的強(qiáng)度和韌性均優(yōu)于國(guó)外同類材料。在此基礎(chǔ)上，研究人員結(jié)合輻照交聯(lián)技術(shù)，將超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯的磨損速率降低了80%以上，達(dá)到國(guó)外報(bào)道的同類產(chǎn)品的最好水平。

　　據(jù)了解，在臨床應(yīng)用中，生物材料須耐受人體環(huán)境長(zhǎng)期生物侵蝕的挑戰(zhàn)。例如，關(guān)節(jié)滑液中的不飽和脂質(zhì)體可能導(dǎo)致高交聯(lián)聚乙烯氧化。生物醫(yī)用高分子材料團(tuán)隊(duì)模擬關(guān)節(jié)滑液成分，在體外構(gòu)建了模擬生物侵蝕模型，檢驗(yàn)新材料在生物侵蝕條件下的穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明，新型超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯比現(xiàn)有其他同類材料具有更出色的抗生物侵蝕穩(wěn)定性。

　　這些研究成果為開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的人工關(guān)節(jié)高分子新材料奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)了系列發(fā)明專利，部分已獲得授權(quán)。

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　　目前全球人工關(guān)節(jié)需求迅猛增長(zhǎng)，美國(guó)平均每年人工關(guān)節(jié)消費(fèi)量超過100萬(wàn)套，產(chǎn)值超過100億美元。據(jù)測(cè)算，我國(guó)人工關(guān)節(jié)潛在需求量超過300萬(wàn)套，2013年實(shí)際消費(fèi)量約30萬(wàn)套，僅為1/10，市場(chǎng)潛力巨大。
　　與我國(guó)巨大的潛在市場(chǎng)極不相稱的是，我國(guó)人工關(guān)節(jié)材料技術(shù)研究較少，還沒有自主開發(fā)的材料產(chǎn)品，關(guān)鍵的高分子材料完全依賴進(jìn)口，進(jìn)口人工關(guān)節(jié)占市場(chǎng)份額60%左右。我國(guó)人工關(guān)節(jié)產(chǎn)業(yè)保持年均15%~20%的高速發(fā)展，而關(guān)鍵材料的開發(fā)是發(fā)展的核心問題。
　　自20世紀(jì)60年代以來(lái)，超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯一直是最重要的人工關(guān)節(jié)材料，基于金屬—聚乙烯或陶瓷—聚乙烯的人工關(guān)節(jié)性價(jià)比高，占全球人工關(guān)節(jié)市場(chǎng)的70%以上。人工關(guān)節(jié)臨床使用壽命通常為15~20年，甚至更長(zhǎng)，對(duì)聚乙烯材料的耐磨損、強(qiáng)度和抗疲勞、抗氧化與抗生物侵蝕等性質(zhì)提出了非常高的要求。在過去20多年里，歐美國(guó)家陸續(xù)發(fā)展了高交聯(lián)超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯和維生素E穩(wěn)定的高交聯(lián)超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯，大大地減少了磨損及相關(guān)的并發(fā)癥。但如何解決材料的強(qiáng)度、韌性、耐磨損、抗氧化等難題，仍是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界面臨的重大挑戰(zhàn)。