超高分子量聚乙烯膜的改性方法及其在醫(yī)用材料中的應(yīng)用

楊 靜

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東廣州 510000）

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是典型的生物材料，具有優(yōu)異綜合性能以及熱塑性，因此在工程塑料、工程膜材中廣泛應(yīng)用。UHMWPE最早在二十世紀六十年代由美國應(yīng)用化學(xué)公司提出并發(fā)展，開始工業(yè)化生產(chǎn)進程[1-2]。UHMWPE具有超高分子量，一般超過100萬，超高分子量決定了UHMWPE具有良好的耐腐蝕性、耐低溫性以及耐溶劑性、耐沖擊性[3]，保證了UHMWPE制備的產(chǎn)品和膜材能夠在-260℃的條件下使用。同時已有研究也表明UHMWPE具有良好的生物相容性，因此能夠用作人體治療的醫(yī)學(xué)材料，目前軟組織、人造關(guān)節(jié)中均已經(jīng)開始應(yīng)用UHMWPE材料。UHMWPE能夠作為醫(yī)學(xué)材料除了生物相容性之外，還因為UHMWPE具有一定的高耐磨性和低摩擦性、高沖擊強度，另外良好的生物穩(wěn)定性也是重要原因。但UHMWPE在低溫下基本沒有能夠溶解的溶劑，且UHMWPE的黏度較高，這些因素限制了其在生物膜等醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用，但研究者進行了部分研究。其中Castro在二十世紀八十年代基于TIPS方法制備了UHMWPE膜。Lloyd等在1990年對TIPS方法進行了更深入的研究，分析了TIPA方法中的具體影響因素。

UHMWPE膜具有質(zhì)量優(yōu)、價格相對便宜的優(yōu)點，但也存在彎曲強度較差、表面硬度較低及熱變形溫度較低等缺陷與不足，這些缺陷與不足限制了UHMWPE膜應(yīng)用領(lǐng)域的進一步擴展。為進一步提高UHMWPE膜性能以拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，提出了基于表面工程的UHMWPE改性方法，研究發(fā)現(xiàn)其效果較優(yōu)，UHMWPE的表面改性成為當(dāng)前研究熱點之一。

1 UHMWPE簡介

UHMWPE分子結(jié)構(gòu)雖和普通高密度聚乙烯結(jié)構(gòu)類似，但分子量更高，超過100萬，屬于超高分子量范疇。超高分子量也決定了UHMWPE具有一些高密度聚乙烯材料所沒有的特殊性能，包括典型的耐沖擊性、耐磨性以及自潤滑性等性能。

自UHMWPE受到人們重視以來，UHMWPE加工改性技術(shù)不斷得到發(fā)展完善，UHMWPE加工方法主要包括擠出成型法、壓制燒結(jié)法、吹塑成型及注塑成型法等。在UHMWPE材料的工業(yè)化生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了一些典型UHMWPE生產(chǎn)公司，包括日本三井石油化學(xué)公司、聯(lián)邦德國Hoechst公司、日本昭和石油化學(xué)工業(yè)公司等。

2 UHMWPE的改性方法

UHMWPE具有表面硬度差、彎曲強度差及變形溫度低和蠕變性能差等缺陷與不足，因此需要進行一定改性，目前常用改性包括交聯(lián)、填充等。而針對UHMWPE膜的改性方法較多，包括光接枝改性、物理改性、化學(xué)改性、共混改性以及等離子體改性等。其中應(yīng)用較廣泛和成熟的方法主要是化學(xué)改性，常見的化學(xué)改性方法包括偶聯(lián)劑改性以及化學(xué)氧化改性等；另外光接枝改性也已經(jīng)成為目前常用的改性方法之一，其中本體接枝、液相/氣相接枝是典型的光接枝方法的代表。

3 UHMWPE的應(yīng)用情況

“性能卓越，加工困難”八個字充分反映了UHMWPE材料的良好特點及性能。前面指出UHMWPE材料具有典型的耐光、耐沖擊、耐腐蝕以及耐磨性能。這些優(yōu)良性能決定了UHMWPE能夠應(yīng)用于高性能纖維市場，目前UHMWPE已經(jīng)應(yīng)用于輕質(zhì)復(fù)合材料領(lǐng)域，且優(yōu)勢顯著。在我國當(dāng)前軍事領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域以及醫(yī)療領(lǐng)域中對材料性能要求逐漸提高的背景下，UHMWPE因良好性能被廣泛采用，石油化工等內(nèi)襯管材中也大量采用UHMWPE。

4 UHMWPE在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

UHMWPE也因生物穩(wěn)定性、生物相容性以及良好的物理機械性能被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，包括外科移植的相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)、牙托材料制備、整形縫合和醫(yī)用手套等醫(yī)療設(shè)備。在醫(yī)療裝備和醫(yī)療產(chǎn)品中使用UHMWPE材料能夠保證醫(yī)療中出現(xiàn)過敏情況，其中在關(guān)節(jié)替代物的開發(fā)應(yīng)用技術(shù)中發(fā)展時間最長且技術(shù)最成熟，已經(jīng)有超過十年的臨床經(jīng)驗和歷史。比如在膝關(guān)節(jié)中襯墊材料主要是UHMWPE，同時股關(guān)節(jié)中的髖臼部件也主要采用UHMWPE。在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展中，UHMWPE開始應(yīng)用于組織支架材料的開發(fā)研究中，目前人耳支架材料、顱骨支架材料以及神經(jīng)支架材料中均開始引入UHMWPE進行研發(fā)。

當(dāng)前UHMWPE在醫(yī)療領(lǐng)域中研究應(yīng)用中還主要是研究其耐磨機理，希望以提高UHMWPE在醫(yī)用環(huán)境中的耐磨機理，希望在降低磨損的同時，降低關(guān)節(jié)松脫及UHMWPE的熔骨作用。

5 結(jié)論與展望

改性是提高UHMWPE膜性能的重要方式之一。開發(fā)一種新型的高生物相容性、高耐磨性及強抗沖擊性的新材料難度是十分大的，不僅耗時耗力還有可能研發(fā)不出來。而對現(xiàn)有的高分子材料進行改性，能夠以較低的成本得到滿足需求的材料。

對UHMWPE的表面改性不僅進一步提高了其性能，還在一定程度上給予了UHMWPE一定新功能，良好性能及新性能保證了UHMWPE應(yīng)用領(lǐng)域的多樣化，也進一步提高了UHMWPE的工業(yè)價值。在當(dāng)前針對UHMWPE材料表面改性技術(shù)不斷提高的背景下，UHMWPE的性能也必將進一步提高，在軍事、航天、醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用也必將進一步拓展。