人工关节体的摩擦面的处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及人工关节领域，具体而言，涉及一种人工关节体的摩擦面的处理方法。
【背景技术】
[0002]人工关节置换术经历了近一个多世纪的发展，已成为关节疾病的有效治疗手段。对于关节终末期疾患，关节置换不论从临床疗效还是从效价比来说都是一种非常成功的治疗方法。手术不仅能够解除疼痛，改善关节活动度和恢复关节功能，更重要的是提高了患者生活质量。目前人们的关注点已从预防假体早期松动转到如何获得长期生存上，术后活动量的增大和人类寿命的延长对假体的使用寿命提出了更为严格的要求。
[0003]影响关节假体寿命的因素很多，但人工关节的磨损已经成为制约假体远期效果的最主要因素。因此，选择低磨损的关节摩擦副至关重要。金属与超高分子量聚乙烯配对的人工关节是目前最常用的组合，但聚乙烯与金属磨损颗粒导致的骨溶解是远期失败的最主要因素之一。为此，学者们不断探索新的组合，包括:高交联高分子量聚乙烯的应用、金属对金属组合、陶瓷对陶瓷组合、陶瓷对聚乙烯组合等，这些新组合在体外具有优良的摩擦和润滑性能，但也存在各自缺点，且远期疗效尚待观察。
[0004]目前，最常见的人工关节摩擦界面组合有:金属-超高分子量聚乙烯、金属-高交联聚乙烯、金属-金属、陶瓷-陶瓷和陶瓷-聚乙烯组合。这些人工关节摩擦界面组合各有优缺点。
[0005]金属一超高分子量聚乙烯界面，目前临床多采用钴铬钼合金和聚乙烯配对，具有低摩擦和较好的生物相容性等优点，长期的临床实践证明其具有较好的稳定性，超过15年的随访结果显示假体生存率可达90%。但聚乙烯较差的抗磨损性能，产生大量的磨损颗粒进入关节和周围软组织，是造成骨溶解和松动的主要原因，也是影响假体远期寿命的最直接原因。
[0006]金属一高交联超高分子聚乙稀可明显提高抗磨损及老化性能，但聚乙稀过高的交联度会对材料的屈服力、极限抗张强度、可延展度、抗疲劳度产生不利影响，如何获得理想的交联度一直存在争议，并且尚缺乏大宗病例的远期随访。
[0007]金属一金属界面，相比金属对聚乙烯界面其摩擦系数大大降低，超过10年的随访结果显示其摩擦率低于I?20 μ m/年，而金属对聚乙稀的摩擦率为70?600 μ m/年。另外，体内外研宄证实，金属对金属关节的线性摩擦率只相当于金属对普通超高分子聚乙烯的百分之一。伴随低摩擦率而来的是骨溶解率大大降低。但是，金属假体磨损将释放金属离子和颗粒，研宄显示患者钴铬离子的血清浓度可达正常人的7倍，潜在的金属离子致癌可能、金属过敏和肾毒性等问题均有待进一步解决，尤其是金属过敏可能与假体失败密切相关。
[0008]陶瓷一陶瓷界面，是目前已知的最低摩擦关节组合。陶瓷具有极高的表面硬度有利于表面抛光，产生更小的表面粗糙度，可减少摩擦。而陶瓷的表面亲水性能使滑液可以更均匀的分布于摩擦面，有助于润滑性能。另外，陶瓷对陶瓷关节还可以在不增加关节磨损的情况下，增大股骨头假体的直径来增加关节的活动度、减少脱位概率。陶瓷磨损颗粒的相对生物惰性也有利于减轻骨溶解反应。同样，陶瓷对陶瓷关节也存在着一定的缺点，如陶瓷头及臼杯的碎裂、术后的嘎吱声等。
[0009]陶瓷一聚乙烯界面，相对于陶瓷对陶瓷界面，降低了陶瓷头碎裂的发生率，术后发生撞击时能将危害降到最低。同时也能够降低一部分手术费用。但由于陶瓷的脆性问题，还是存在碎裂发生的概率。还会出现聚乙烯磨损颗粒，翻修困难等问题。
【发明内容】
[0010]本发明的主要目的在于提供一种人工关节体的摩擦面的处理方法，以解决现有技术中的人工关节体的摩擦面抗磨性能不足，制约人工关节体的使用寿命的问题。
[0011]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种人工关节体的摩擦面的处理方法，包括:在第一预设温度下使人工关节体的摩擦面与含有碳元素的气体接触，使碳元素渗入摩擦面的基质中；冷却摩擦面，使碳元素在摩擦面的基质表面形成石墨烯材料层。
[0012]进一步地，第一预设温度的范围为1000°C至1200°C。
[0013]进一步地，在使碳元素渗入摩擦面的基质中后，处理方法还包括:先经过第一次冷却将摩擦面冷却至第二预设温度，使渗入摩擦面的基质中的碳元素在摩擦面的基质表面形成相互间隔的多个呈孤岛状的石墨烯材料层；再经过第二次冷却，冷却摩擦面，使得多个呈孤岛状的石墨烯材料层沿摩擦面的表面生长并连接成完整的石墨烯材料层。
[0014]进一步地，第二预设温度的范围为600°C至900°C。
[0015]进一步地，第一次冷却的冷却时间为10至20分钟。
[0016]进一步地，第二次冷却的冷却时间为10至15分钟。
[0017]进一步地，处理方法还包括:创造还原性环境，将待制造的人工关节体的摩擦面置于还原性环境中并加热至第一预设温度，再使摩擦面与含有碳元素的气体接触。
[0018]进一步地，处理方法还包括:提供封闭的反应室，使用惰性气体冲洗反应室，使得反应室内形成还原性环境。
[0019]进一步地，处理方法还包括:将待制造的人工关节体的摩擦面置于反应室内，将反应室内的温度加热至第一预设温度；向反应室内充入含有碳元素的气体并保持在第一预设温度6至15分钟；冷却摩擦面。
[0020]进一步地，处理方法还包括:在保持在第一预设温度6至15分钟后，先经过第一次冷却将摩擦面冷却至第二预设温度并保持第二预设15至25分钟；再经过第二次冷却将摩擦面冷却至室温。
[0021]进一步地，含有碳元素的气体为甲烷、乙烯、丙烯或乙醇。
[0022]应用本发明的技术方案，能够在摩擦面的表面形成石墨烯材料层，从而使得人工关节体以石墨烯材料层作为抗磨层与其他人工关节体摩擦配合，石墨烯材料层具有良好的抗磨性能，能够承受长期性的磨损，从而提高人工关节体的使用寿命。
【附图说明】
[0023]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0024]图1示出了采用本发明的人工关节体的摩擦面的处理方法制造的胫骨关节体的第一种实施例的不意图；
[0025]图2示出了采用本发明的人工关节体的摩擦面的处理方法制造的胫骨关节体的第二种实施例的示意图；以及
[0026]图3示出了采用本发明的人工关节体的摩擦面的处理方法制造的胫骨关节体的第三种实施例的示意图
【具体实施方式】
[0027]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0028]根据本发明的一个方面，提供了一种人工关节体的摩擦面的处理方法，包括:在第一预设温度下使人工关节体的摩擦面10与含有碳元素的气体接触，使碳元素渗入摩擦面10的基质中；冷却摩擦面10，使碳元素在摩擦面10的基质表面形成石墨烯材料层20。
[0029]本发明的人工关节体的摩擦面的处理方法能够在摩擦面10的表面形成石墨烯材料层20，从而使得人工关节体以石墨烯材料层20作为抗磨层与其他人工关节体摩擦配合。石墨烯是由碳原子按正六边形紧密排列成蜂窝状晶格的单层二维平面结构。单层的石墨烯具有非常大的比表面积(2630m2/g)，以及高的杨氏模量(IlOOGPa)和断裂强度(125GPa)。因此，石墨烯材料层20具有良好的抗磨性能，能够承受长期性的磨损，从而提高人工关节体的使用寿命。此外，石墨烯化学性质稳定，生物相容性好，耐腐蚀性能强，适合长期在人体内部起到抗磨作用。
[0030]优选地，第一预设温度的范围为1000°C至1200°C。<