一、项目意义

人体天然关节由关节面、关节腔与关节囊几部分组成，关节头和关节窝的表面覆 盖着关节软骨，关节软骨是一种高水合生物组织，主要由软骨细胞、细胞外基质和水组成。 天然关节软骨的结构是不均匀、非线性、各向异性的，自关节表面向深部可分为五层：浅表 层、中间层、深层、钙化层和软骨下骨，各层之间的成分、结构迥异，且不同区域具有不同的 力学性能，而各层之间又有着非常密切的依赖关系，共同行使软骨的功能。在人体的正常生 理环境中关节软骨可以提供一个优良的润滑承载关节面，可以承载传递7-9倍人体的重量， 并且摩擦系数极低(***)，通常来说，能够正常运动70年以上。

由于关节是人体承受载荷最大的生物摩擦副，因此关节软骨要承受一生中运动所 致的周而复始的磨损，随着年龄的增长，以及先天性疾病、磨损、外伤等多种因素，会导致软 骨细胞的代谢紊乱，软骨中的蛋白多糖含量大大减少，关节软骨弹性下降，胶原纤维出现断 裂，导致关节软骨不断退化和磨损，关节滑液不足，出现软化、糜烂、脱落、软骨下骨暴露，骨 与骨之间直接接触，发生硬性摩擦，关节出现疼痛、肿胀、骨摩擦音等症状，最终导致骨关节 炎的发生。目前，因关节软骨磨损导致的骨关节炎已成为世界头号致残性疾病，全球约有4 亿人忍受骨关节疾病的折磨。

人工关节假体是用人工材料制作的关节组件取代出现病变或损坏的天然关节，对 于人工植入材料摩擦副的选择，目前国内外主要集中在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/金属、 金属/金属及陶瓷/陶瓷关节等，但是人工植入材料不具备自然界生命力的代谢作用，假体 界面行为与生命介质的相容性差，关节植入体接触面的磨损是必然存在的现象，而且磨损 每年都在延续，磨损颗粒也一直在逐步增加。大量的临床医学研究已证实，人工关节的磨损 是关节置换无菌性松动的重要原因之一，即磨损颗粒引起的局部界面骨溶解导致的假体无 菌松动，是造成人工关节置换失败的主要原因。其临床意义不仅在于假体本身破坏所引起 的机械性失败，还在于磨损可产生大量具有诱导假体周围骨溶解生物反应的颗粒物质。

二、技术方案

1)利用三维设计软件创建具有多孔结构的超高分子量聚乙烯模型，输出STL格式 文件，导入专用3D打印软件，利用熔融沉积成型(FDM)或选择性激光烧结(SLS)技术打印制 备具有多孔结构的超高分子量聚乙烯块；

2)将具有多孔结构的超高分子量聚乙烯块浸泡在重铬酸氧化溶液中，并置于75℃ 水浴锅中10min，然后将其置于50℃硝酸溶液中10min，除去氧化后表面形成的小分子物质， 取出用大量去离子水进行清洗；重铬酸氧化溶液是由重铬酸钾与浓硫酸按质量百分 比1:4配置而成；

3)按质量百分比称取聚乙烯醇15％、纳米羟基磷灰石3％和去离子水82％置于容 器中，在室温下溶胀24h，接着将容器至于95℃的恒温水浴锅中，制备出PVA/HA混合溶液；按 质量百分比称取聚乙烯醇7％、浓硫酸***％和去离子水***％置于容器，按上述步骤制备 出接枝溶液；

4)将氧化与清洗后的具有多孔结构的超高分子量聚乙烯试样浸入装有接枝溶液 的容器中，置于90℃的恒温水浴锅中，搅拌，反应2h；

5)将制备好的PVA/HA混合溶液加入到多孔结构超高分子量聚乙烯试样表面，使得 PVA/HA混合溶液的厚度为1mm，将按上述方法处理后的多孔结构超高分子量聚乙烯试样置 于室温下干燥，一周之后，多孔结构超高分子量聚乙烯试样的表面形成第一层PVA/HA复合 水凝胶仿生关节软骨；

三、技术优势

制备出来的多层梯度仿生关节软骨材料与天然关节软骨结构、功能相类似，并且各层之间具有很强的结合能力，不易磨损松动、界面润滑性好、 生物活性充足，真正实现了代替软骨功能，解决了人工关节的磨损和无菌松动的问题。