1、(10)授权公告号 CN 101775171 B (45)授权公告日 2012.05.23 CN 101775171 B *CN101775171B* (21)申请号 201010103613.X (22)申请日 2010.01.29 C08L 23/06(2006.01) G03F 7/00(2006.01) A61L 27/16(2006.01) (73)专利权人 南京航空航天大学 地址 210016 江苏省南京市白下区御道街 29 号 (72)发明人 王晓雷 张博 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 唐小红 CN 101347358 A,2009.0
2、1.21, 权利要求 1-7. US 5478906 A,1995.12.26, 权利要求 1-15. CN 1948380 A,2007.04.18, 权利要求 1-8. (54) 发明名称 人工关节用超高分子量聚乙烯材料表面微细 织构加工方法 (57) 摘要 一种人工关节用超高分子量聚乙烯材料表面 微细织构加工方法， 属于生物摩擦学领域。 本发明 通过 UV-LIGA 的部分工艺， 制备带有表面凸台阵 列的金属转印模板， 利用该模板在超高分子量聚 乙烯表面压制出具有凹坑阵列的表面织构， 从而 提高其作为人工关节材料的摩擦学性能。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 祖胜臻 权
3、利要求书 1 页 说明书 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 2 页 1/1 页 2 1. 一种人工关节用超高分子量聚乙烯材料表面微细织构加工方法， 其特征在于包括以 下过程 ： 步骤 1. 选取一块金属铜片材料， 进行表面打磨， 其粗糙度控制在 Ra0.02 0.025m ； 步骤 2. 涂胶 ： 在步骤 1 后的材料表面均匀涂覆 BN308-450 负型光刻胶， 温度控制在 20 25， 湿度 60以下 ； 步骤 3. 前烘 ： 对步骤 2 后的试件进行烘烤， 时间 90， 温度 20min ； 步骤 4. 曝光 ： 选择合适的掩膜版
4、， 对步骤 3 的试件进行曝光 ； 步骤 5. 显影漂洗 ： 得到具有光刻掩膜的金属薄片 ； 步骤6.微电铸 ： 以硫酸铜溶液为电镀液， 对步骤5中的铜薄片进行微电铸， 控制电铸参 数， 在铜薄片表面得到设定高度的铜微柱体， 制成转印模板 ； 步骤 7. 烧结， 压制 ： 以步骤 6 中所得到的转印模板和粉状超高分子量聚乙烯同时装入 模具， 通过预压制、 高温烧结、 压制成型及脱模工艺得到具有表面织构的超高分子量聚乙烯 试件 ； 通过上述方法得到可以得到的人工关节用超高分子量聚乙烯材料表面微细织构的特 征参数如下 ： 微坑直径 20 200m ； 面积比 2 20 ； 微坑深度 2 15m。
5、权 利 要 求 书 CN 101775171 B 2 1/2 页 3 人工关节用超高分子量聚乙烯材料表面微细织构加工方法 技术领域 0001 本发明涉及一种人工关节用超高分子量聚乙烯材料表面微细织构加工方法， 属于 生物摩擦学领域。 背景技术 0002 超高分子量聚乙烯 (UHMWPE) 具有优越的生物相容性、 极高的化学稳定性、 承受较 大的冲击载荷等特性， 所以自从 1963 年 John Charnley 首次设计出直径 22.5mm 的不锈钢 股骨头与超高分子量聚乙烯髋臼组合的髋关节假体以来， 超高分子量聚乙烯已经广泛的应 用在人工关节置换中。 0003 表面织构 (Surface t
6、exture)， 即在摩擦副表面上加工出具有一定尺寸和排列的 凹坑或微小沟槽的点阵， 实践已被证明， 该类微小沟槽点阵是改善表面摩擦学特性的一种 有效手段。 0004 超高分子量聚乙烯已经成为了目前应用最广泛的人工关节软骨材料， 但是随着置 换关节使用年限的增长， 超高分子量聚乙烯与陶瓷或金属配副在体内长期摩擦， 仍然存在 诸多摩擦、 磨损方面的问题。首先相对于天然活体关节， 超高分子量聚乙烯的摩擦系数较 大， 远高于天然活体关节 0.005 0.002 的摩擦系数范围。其次， 由磨损产生的超高分子量 聚乙烯磨屑会造成假体周围骨质溶解和无菌松动。 0005 现有研究表明， 采用数控铣床在 UH
7、MWPE 表面加工出具有一定深度的圆柱型凹坑 阵列可以有效的降低UHMWPE表面与对磨钢球的摩擦系数和磨损率。 对UHMWPE进行N+、 O+、 C+ 等离子注入改性， 碳素纤维填充等， 可明显提高该类材料表面硬度、 改善其抗磨性能。但 对其减摩性能改进不大， 甚至比没有离子注入的超高分子量聚乙烯摩擦系数更大。此外还 有采用 射线辐射、 改变浸润性等方法。 0006 发明的内容 0007 本发明目的在于提供一种能够改善超高分子量聚乙烯材料表面摩擦学性能的表 面微细织构加工方法。 0008 一种人工关节用超高分子量聚乙烯材料表面微细织构加工方法， 其特征在于包括 以下过程 ： 0009 步骤 1
8、 ： 金属片经过表面打磨， 作为基体 ； 0010 步骤 2 ： 在步骤 1 后的金属材料表面均匀涂覆光刻胶 ； 0011 步骤 3 ： 对步骤 2 后的试件进行烘烤 ； 0012 步骤 4 ： 利用掩膜板， 对步骤 3 的试件进行曝光 ； 0013 步骤 5 ： 显影漂洗， 得到具有光刻掩膜的金属薄片 ； 0014 步骤 6 ： 以金属盐溶液为电镀液， 对步骤 5 中的经过显影漂洗的金属薄片进行微电 铸， 在金属薄片表面得到预设高度的微柱体， 制成转印模板 ； 其中所述金属盐中金属元素与 基体金属元素相同 ； 0015 步骤 7 ： 以步骤 6 中所得到的转印模板和粉状超高分子量聚乙烯同时装
9、入模具， 通 说 明 书 CN 101775171 B 3 2/2 页 4 过预压制、 高温烧结、 压制成型及脱模工艺得到具有表面织构的超高分子量聚乙烯试件。 0016 本发明通过 UV-LIGA 的部分工艺， 制备带有表面凸台阵列的金属转印模板， 利用 该模板在超高分子量聚乙烯表面压制出具有凹坑阵列的表面织构， 从而提高其作为人工关 节材料的摩擦学性能。 具体实施方式 0017 下面为一具体实施例 ： 0018 1. 选取一块金属铜片材料， 进行表面打磨， 其粗糙度控制在 Ra0.02 0.025m 0019 2. 涂胶 ： 在步骤 1 后的材料表面均匀涂覆 BN308-450 负型光刻胶，
10、 温度控制在 20 25， 湿度 60以下 0020 3. 前烘 ： 对步骤 2 后的试件进行烘烤， 90， 20min 0021 4. 曝光 ： 选择合适的掩膜版， 对步骤 3 的试件进行曝光 0022 5. 显影漂洗 ： 得到具有光刻掩膜的金属薄片 0023 6. 微电铸 ： 以硫酸铜溶液为电镀液， 对步骤 5 中的铜薄片进行微电铸， 控制电铸参 数， 在铜薄片表面得到设定高度的铜微柱体， 制成转印模板 0024 7. 烧结， 压制 ： 以步骤 6 中所得到的转印模板和粉状超高分子量聚乙烯同时装入 模具， 通过预压制、 高温烧结、 压制成型及脱模等工艺得到如上图中所示的具有表面织构的 超高分子量聚乙烯试件。 0025 通过上述方法得到可以得到的人工关节用超高分子量聚乙烯材料表面微细织构 的特征参数如下 ： 0026 微坑直径 20 200m ； 面积比 2 20 ； 微坑深度 2 15m 说 明 书 CN 101775171 B 4
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