表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶及其制备方法和用途与流程

本发明属于生物摩擦学领域，具体涉及表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶及其制备方法和用途。

背景技术：

随着科技的发展，近年来人工关节置换手术越来越普及，尤其是全关节置换得到了较大的发展。然而，在关节置换手术后，关节囊被移除，体液代替滑液成为关节间的润滑剂。体液的润滑效果很差，加速了人工关节的磨损，从而缩短了人工关节的使用寿命。目前很多技术和方法用于改善关节材料的磨损，但这些技术不能有效地加强润滑效果。例如，通过向关节腔内注射人工滑液，但是很容易被体液稀释和吸收。而使用透明质酸等物质后发现，部分关节炎病人虽然在一段时间内消除了关节疼痛，但是透明质酸会因摩擦导致分子链碎片化，丧失润滑性能。因此亟需一种良好的润滑方式来改善人工关节的润滑，避免早期严重的磨损。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶及其制备方法和用途，以解决上述技术问题。本发明通过所制备的壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯凝胶应用于人工关节织构中，在关节间缓释润滑剂，实现人工关节长效服役的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶的制备方法，包括以下步骤：将壳聚糖完全溶解在稀的冰醋酸溶液中获得壳聚糖溶液，然后再将聚乙二醇和氧化石墨烯加入壳聚糖溶液中充分溶解，获得壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶；将壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶涂在圆坑织构表面进行凝胶化，获得表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶。

进一步的，所述的壳聚糖，相对分子质量为80-90万，脱乙酰化程度≥90.0％；溶胶中壳聚糖的质量分数为1-2.5wt％。

进一步的，溶胶中冰醋酸的质量分数为0.5-1wt％。

进一步的，溶胶中聚乙二醇的质量分数为20-30wt％；聚乙二醇的分子量为4000-6000。

进一步的，溶胶中氧化石墨烯的质量分数为0.1-0.3wt％。

进一步的，壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶涂在圆坑织构表面后进行凝胶化。

进一步的，将壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶涂在圆坑织构表面，使用氢氧化钠溶液进行凝胶化，蒸馏水洗涤至中性，乙醇脱水，获得表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶；其中，每1.0g的壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶，使用0.5-0.8g的质量分数为1-2wt％氢氧化钠溶液进行凝胶化。

进一步的，将壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶涂在圆坑织构表面，使用甘油磷酸钠溶液进行凝胶化，在37℃下形成表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶；其中，每1.0g的壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶，使用0.2-0.3g的质量分数为60-80wt％甘油磷酸钠溶液进行凝胶化。

进一步的，圆坑织构为圆坑矩阵，通过激光表面织构技术制造；激光表面织构的参数为直径250μm,深度200μm，间距500μm。

进一步的，圆坑织构设置于人工关节材料上。

表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶用于人工关节润滑液的用途。

相对于现有技术，本发明具有以下有意效果：

本发明使用氧化石墨烯、聚乙二醇等生物相容性材料制备人工关节润滑液，为了避免对注射后的润滑液稀释和吸收的现象，将润滑溶胶填充到织构内进行凝胶化。该制备方法容易实现，同时制备过程绿色、无污染物排放，具有良好的社会经济效益。表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶不仅可以缓慢释放润滑剂，还可以容纳磨屑，形成良好的润滑环境，可望用于人工关节的润滑。

附图说明

图1为壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯凝胶在织构中的应用示意图；

图2为实施例1的样品溶胶和凝胶态在光滑和织构盘上的平均摩擦系数示意图；

图3为实施例1的样品经不同天数静置后缓释液的平均摩擦系数示意图；

图4为本发明制备方法的流程图。

具体实施方式

实施例1

将壳聚糖完全溶解在稀的冰醋酸溶液中，再将聚乙二醇和氧化石墨烯加入壳聚糖溶液中充分溶解，获得壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶；质量分数为：冰醋酸1wt％、80万分子量且脱乙酰化程度≥90.0％的壳聚糖2wt％、4000分子量的聚乙二醇30wt％和氧化石墨烯0.3wt％。将1.0g的壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶涂在圆坑织构表面，加入0.5g的质量分数为2wt％的氢氧化钠溶液进行凝胶化，蒸馏水洗涤至中性，乙醇脱水，获得表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶。

实施例2

将壳聚糖完全溶解在稀的冰醋酸溶液中，再将聚乙二醇和氧化石墨烯加入壳聚糖溶液中充分溶解，获得壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶。质量分数为：冰醋酸1wt％、80万分子量且脱乙酰化程度≥90.0％的壳聚糖2wt％、4000分子量的聚乙二醇30wt％和氧化石墨烯0.3wt％。将1.0g的壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶涂在圆坑织构表面，加入0.2g的质量分数为80wt％的甘油磷酸钠溶液，在37℃形成表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶。

实施例3

将壳聚糖完全溶解在稀的冰醋酸溶液中，再将聚乙二醇和氧化石墨烯加入壳聚糖溶液中充分溶解，获得壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶。质量分数为：冰醋酸0.5wt％、90万分子量且脱乙酰化程度≥90.0％的壳聚糖1.5wt％、6000分子量的聚乙二醇25wt％和氧化石墨烯0.2wt％。将1.0g的壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶涂在圆坑织构表面，加入0.6g的质量分数为1wt％的氢氧化钠溶液进行凝胶化，蒸馏水洗涤至中性，乙醇脱水，获得表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶。

实施例4

将壳聚糖完全溶解在稀的冰醋酸溶液中，再将聚乙二醇和氧化石墨烯加入壳聚糖溶液中充分溶解，获得壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶。质量分数为：冰醋酸0.8wt％、85万分子量且脱乙酰化程度≥90.0％的壳聚糖2.2wt％、6000分子量的聚乙二醇20wt％和氧化石墨烯0.1wt％。将1.0g的壳聚糖/聚乙二醇/氧化石墨烯溶胶涂在圆坑织构表面，加入0.25g的质量分数为60wt％的甘油磷酸钠溶液，在37℃形成表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶。

以上所述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何违背本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、组合、简化，均应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

试验中，将实施例1中制备的氧化石墨烯缓释润滑凝胶在恒温干燥箱中干燥24h，称取0.15g，加入3.0g的蒸馏水静置缓释，使用超高分子量聚乙烯为销，co-cr-mo合金为盘，在接触压力10.9mpa，滑动速度24mm/s条件下，对不同天数的缓释液进行测试，平均摩擦系数小于0.025(详见图3)。

具有生物相容性的凝胶在生物医药方面得到了广泛应用。壳聚糖、聚乙二醇和氧化石墨烯具有良好的生物相容性，已作为药物运输载体使用，对于延长药物疗效起到了关键的作用。大量的研究表明，表面并非越光滑就越耐磨，具有一定非光滑形态的织构化表面反而具有更好的抗磨性。表面织构以其能够储存多余润滑剂，容纳磨屑，形成流体动压润滑等特性得到了广泛的应用。

本发明旨在对人工关节材料做织构，然后将溶胶填充在织构里面进行凝胶化。表面织构填充氧化石墨烯缓释润滑凝胶不仅能有效地抵抗体液的稀释，而且凝胶内部包裹着良好的润滑剂，在摩擦过程中实现润滑剂的缓慢释放。润滑剂中包含的聚乙二醇和氧化石墨烯含有大量的羟基，在氢键的作用下在溶液中形成某种特殊的结构，使得缓释液具有良好的润滑效果，极大地降低了人工关节材料的磨损，可望延长人工关节的使用寿命。