半晶聚乙烯醇水凝胶与宿主骨的化学连接方法

摘要

本发明属于人工关节移植方法,特别是用作人工关节软骨的移植,提出了一种在几分钟内实现半晶聚乙烯醇水凝胶与宿主骨化学连接的方法,先制得半晶聚乙烯醇水凝胶与不锈钢纤维网之间机械嵌锁连接的复合人工软骨组件,然后直接用骨水泥将人工软骨组件的不锈钢纤维网面粘接于宿主骨表面。按本方法实现的人工关节软骨与宿主骨的结构连接,不仅牢固可靠,而且操作十分简单、快捷。

说明书

本发明属于人工关节移植方法，特别是用作人工关节软骨的移植。

聚乙烯醇水凝胶人工软骨与宿主骨之间的连接是人工关节软骨植入中的主要难题之一。目前，人工软骨与宿主骨尚无直接粘接的方法。国际上唯有日本在该项技术上有所突破。1997年日本京都大学OKa等曾将聚乙烯醇(PVA)水溶液渗入钛纤维网(孔隙度为60％)孔深的一半，并通过使聚乙烯醇凝胶化实现与钛纤维网的接合，制成复合骨软骨组件(composite‘osteochondral，device，即COD)(《J.Bone and Joint Surgery》1997，vol.79-B，No.6，pp.1003-1007)，在成犬股骨髁用髓针和牙钻加工微孔，将COD假体插入孔内，手术后24周，新骨长入钛纤维网孔内并在植入物周围完成骨的重建。这种方法能实现合成软骨组件与宿主骨的生物学连接，但存在以下问题：

1、制作COD时，需将PVA水溶液渗入钛纤维网体末端一半的孔内，制备技术难度大。

2、在手术中，需用髓针和牙钻加工微孔后才能插入COD，操作复杂。

3、动物于手术后2周允许在笼外自由活动，手术后8周才发现新骨长入钛纤维网孔内，手术后24周虽然成熟间质骨已长入钛纤维网孔内，但是，关节软骨周围和COD之间仍有明显的缝隙。这种合成软骨与宿主骨的生物学连接方法，不仅操作复杂，而且在手术后8周新骨才能长入金属纤维网孔内，因此很难在临床试验中应用。

本发明目的在于克服上述不足，提出一种在几分钟内实现半晶聚乙烯醇水凝胶与宿主骨化学连接的方法。按本方法实现的人工关节软骨与宿主骨的结构连接，不仅牢固可靠，而且操作十分简单、快捷。

本发明采用的聚乙烯醇，其醇解度为99.9％，聚合度为1800。不锈钢纤维网的孔径为9-100μm，孔隙度70-85％，网孔为通孔。将浓度为5-20％的聚乙烯醇水溶液注入底部放有不锈钢纤维网并带有通气孔的模具中，然后在模具上部加压，使聚乙烯醇水溶液渗入不锈钢纤维网孔内，在-6℃--30℃之间温度下进行4-12小时冻结成型，接着将成型体于室温下放置1-4小时，使之融化，上述冷冻-融化过程反复进行1-4次后，对冻结成型体施行真空脱水1-24小时，制得一种含水率为40％-86.5％的半晶聚乙烯醇水凝胶(即人工软骨)与不锈钢纤维网之间机械嵌锁连接的复合人工软骨组件。将此复合人工软骨组件另一侧多余的聚乙烯醇水凝胶去除后，直接用骨水泥将人工软骨组件的不锈钢纤维网面粘接于宿主骨表面上。

本发明的特点在于：

1、在制作人工软骨组件时，不必要求将PVA水溶液渗入钛纤维网体末端一半的孔内，聚乙烯醇水溶液可透过整个金属纤维网孔，操作简便，易于控制。

2、当采用骨水泥将上述人工软骨组件粘接于宿主骨上时，两层之间无明显界限，骨水泥与不锈钢纤维网体之间连接牢固。

3、骨科医生可以根据关节软骨缺损的形状和尺寸预先剪裁成形状和尺寸合适的复合人工软骨组件，然后，采用骨水泥作粘接剂将其直接粘接于宿主骨上，只需几分钟就能使人工软骨固定于宿主骨的表面，操作非常简便、快捷。动物手术后24小时即可正常走动。

下面结合实施例详细说明本发明的特点。

1、将浓度为8％的聚乙烯醇水溶液注入底部放有不锈钢纤维网并带有通气孔的模具中，然后在模具上部加压，使聚乙烯醇水溶液渗入不锈钢纤维网孔内，在-26℃温度下反复冷冻-融化两次后，施行真空脱水12小时，经冷冻及真空脱水处理后，制得一种半晶聚乙烯醇水凝胶(即人工软骨)与不锈钢纤维网之间机械嵌锁连接的复合人工软骨组件。本实施例采用的不锈钢纤维网的孔径为9-10μm，孔隙度为75％，半晶聚乙烯醇水凝胶的含水率为79.6％，不锈钢纤维网与PVA水凝胶之间界面剪切强度为0.2MPa。将此复合人工软骨组件另一侧多余的聚乙烯醇水凝胶去除后，根据关节软骨缺损的形状和尺寸预先剪裁成形状和尺寸合适的复合人工软骨组件，然后，采用骨水泥作粘接剂将其直接粘接于宿主骨上，几分钟后，骨水泥固化，人工软骨便固定于宿主骨的表面，操作简便、快捷。动物手术后24小时即可正常走动。

2、采用孔径为35-40μm、孔隙度为80％的不锈钢纤维网，按上述同样的方法，形成聚乙烯醇水凝胶人工软骨与不锈钢纤维网之间的机械嵌锁连接。本实施例所制得的半晶聚乙烯醇水凝胶的含水率为79.6％，不锈钢纤维网与PVA水凝胶之间界面剪切强度为0.5MPa。将此复合人工软骨组件另一侧多余的聚乙烯醇水凝胶去除后，根据关节软骨缺损的形状和尺寸预先剪裁成形状和尺寸合适的复合人工软骨组件，然后，直接用骨水泥作粘接剂将其直接粘接于宿主骨上，几分钟后，骨水泥固化，人工软骨便固定于宿主骨的表面，操作简便、快捷。动物手术后24小时即可正常走动。

3、采用孔径为80-100μm、孔隙度为85％的不锈钢纤维网，先形成聚乙烯醇，水凝胶人工软骨与不锈钢纤维网之间的机械嵌锁连接，本实施例是将15％的聚乙烯醇水溶液渗入到不锈钢纤维网孔中，反复冷冻-融化三次，真空脱水18小时，所制得的半晶聚乙烯醇水凝胶的含水率为70.0％，不锈钢纤维网与PVA水凝胶之间界面剪切强度为0.2MPa。将此复合人工软骨组件另一侧多余的聚乙烯醇水凝胶去除后，根据关节软骨缺损的形状和尺寸预先剪裁成形状和尺寸合适的复合人工软骨组件，然后，直接用骨水泥作粘接剂将其直接粘接于宿主骨上，几分钟后，骨水泥固化，人工软骨便固定于宿主骨的表面，操作简便、快捷。动物手术后24小时即可正常走动。