人工關節(jié)高分子材料性能優(yōu)異

    中國科學院寧波材料技術與工程研究所近日傳出消息，該所生物醫(yī)用高分子材料團隊針對世界人工關節(jié)材料發(fā)展存在的難題和我國人工關節(jié)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，開發(fā)了一系列具有高強度和韌性、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。與國外最先進的維生素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)過更長時間才開始氧化，而且材料的強度和韌性均優(yōu)于國外同類材料。在此基礎上，研究人員結合輻照交聯(lián)技術，將超高相對分子質(zhì)量聚乙烯的磨損速率降低了80%以上，達到國外報道的同類產(chǎn)品的最好水平。

　　據(jù)了解，在臨床應用中，生物材料須耐受人體環(huán)境長期生物侵蝕的挑戰(zhàn)。例如，關節(jié)滑液中的不飽和脂質(zhì)體可能導致高交聯(lián)聚乙烯氧化。生物醫(yī)用高分子材料團隊模擬關節(jié)滑液成分，在體外構建了模擬生物侵蝕模型，檢驗新材料在生物侵蝕條件下的穩(wěn)定性。研究結果表明，新型超高相對分子質(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)具有自主知識產(chǎn)權的人工關節(jié)高分子新材料奠定了堅實的基礎，相關技術已經(jīng)申請了系列發(fā)明專利，部分已獲得授權。

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　　目前全球人工關節(jié)需求迅猛增長，美國平均每年人工關節(jié)消費量超過100萬套，產(chǎn)值超過100億美元。據(jù)測算，我國人工關節(jié)潛在需求量超過300萬套，2013年實際消費量約30萬套，僅為1/10，市場潛力巨大。
　　與我國巨大的潛在市場極不相稱的是，我國人工關節(jié)材料技術研究較少，還沒有自主開發(fā)的材料產(chǎn)品，關鍵的高分子材料完全依賴進口，進口人工關節(jié)占市場份額60%左右。我國人工關節(jié)產(chǎn)業(yè)保持年均15%~20%的高速發(fā)展，而關鍵材料的開發(fā)是發(fā)展的核心問題。
　　自20世紀60年代以來，超高相對分子質(zhì)量聚乙烯一直是最重要的人工關節(jié)材料，基于金屬—聚乙烯或陶瓷—聚乙烯的人工關節(jié)性價比高，占全球人工關節(jié)市場的70%以上。人工關節(jié)臨床使用壽命通常為15~20年，甚至更長，對聚乙烯材料的耐磨損、強度和抗疲勞、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，歐美國家陸續(xù)發(fā)展了高交聯(lián)超高相對分子質(zhì)量聚乙烯和維生素E穩(wěn)定的高交聯(lián)超高相對分子質(zhì)量聚乙烯，大大地減少了磨損及相關的并發(fā)癥。但如何解決材料的強度、韌性、耐磨損、抗氧化等難題，仍是學術界和產(chǎn)業(yè)界面臨的重大挑戰(zhàn)。