[发明专利]一种仿生型关节超润滑剂及其制备方法、应用

说明书

本申请公开了一种仿生型关节超润滑剂及其制备方法、应用，通过将壳聚糖和磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯进行聚合反应制备得到。其采用壳聚糖(CS)和磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(SBMA)为原料制备。经体外实验证明，该润滑剂可对Tisubgt;6/subgt;Alsubgt;4/subgt;V合金基材实现摩擦系数(COF)≤10supgt;‑2/supgt;且持久稳定的超润滑效果，同时对骨关节炎模拟软骨以及其他人工关节材料如超高分子聚乙烯和氧化铝都能实现明显的润滑效果。在骨关节炎模型小鼠中，注射该超润滑剂对由于关节疼痛引起的异常步态表现出改善作用。具有应用于骨关节炎软骨的润滑修复以及人工关节材料的润滑保护的前景。

技术领域

本申请涉及一种仿生型关节超润滑剂及其制备方法、应用，属于生物医用材料领域。

背景技术

骨关节炎(Osteoarthritis，OA)是全球最常见的一种以关节软骨退行性病变为主要特征的全关节异质性疾病。关于OA的一个显著特点就是因关节软骨损伤而导致的关节润滑性能的下降。如果不及时采取措施来修复关节软骨的润滑性能，关节软骨的摩擦增加将会导致软骨碎片的生成。这些碎片又会促进蛋白水解酶的分泌，加速软骨胶原蛋白网络的降解，产生更多的软骨碎片，由此形成恶性循环持续加重OA，最终可能导致残疾。因此，修复关节软骨的润滑性能在OA的治疗中具有非常重要的意义。

目前，临床上常采取向关节腔内注射高分子量的透明质酸(HA)来治疗OA，也被称为“粘弹剂补充疗法”。这主要是因为HA可作为软骨基质的补充成分，可以改善软骨的润滑性能。此外，HA溶液也可作为粘弹性流体，通过润滑关节软骨减轻磨损。然而，HA在体内的快速降解和价格高昂的问题一直没能得到很好的解决。并且，单一的HA也难以实现超润滑的效果(摩擦系数(Coefficient of Friction,COF)≤10^-2)。

正常人体关节软骨具有优异的润滑效果，跟其表面存在着的关节润滑复合物密不可分。研究证实，关节润滑复合物为一种刷状的大分子，是由高分子量的HA作为主链，润滑素和磷脂(Phospholipids，PLs)分别作为侧链组成的复杂体系。关节润滑复合物能结合在软骨表面，利用PLs的超亲水性形成致密的水化层，可以为关节软骨提供强大的边界润滑作用，使其COF可降低至0.0005–0.04。

目前，有许多研究通过模拟关节润滑复合物的结构和机理进行材料的仿生设计，以开发有效的关节润滑剂来实现软骨的润滑修复。

迄今为止，仿生型润滑剂的报道主要可分为两类，即半合成型润滑剂和全合成型润滑剂。然而，目前的润滑剂都存在着一些弊端，例如半合成型润滑剂常用到HA等生物大分子，其在体内快速清除的问题没能得到根源上的解决；全合成型润滑剂则常常需要严格的反应条件，包括剧毒催化剂和有机溶剂的使用，影响着生产和应用的安全性。除此之外，润滑剂能否在不同压强条件下仍保持优异且稳定的润滑性能也是值得关注的，因为润滑剂分子可能在剪切力的作用下从软骨表面剥离，丧失润滑效果。

发明内容

为克服现有报道的仿生关节润滑剂体内快速降解，制备条件严苛以及润滑稳定性不足的问题，本发明利用两种具有成本优势的原料，以绿色安全的反应条件聚合生成一种嵌段共聚物。该共聚物溶液可作为一种仿生型关节超润滑剂，对基材具有优异的润滑效果，并具备突出的润滑稳定性能。

本发明以壳聚糖(Chitosan，CS)和磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(Sulfobetainemethacrylate，SBMA)作为原料，在稀醋酸溶液中，用引发剂引发聚合生成嵌段共聚物CS-b-pSBMA。其溶液具有突出的润滑性能，通过在基材表面形成一层稳定并且具备水合功能的分子刷，可以实现对Ti6Al4V合金基材优异稳定的超润滑效果(COF≤10^-2)；同时，对其他人工关节材料如氧化铝和超高分子聚乙烯以及模拟OA的软骨都能实现显著的润滑效果，并具备良好的生物相容性。在OA模型小鼠实验中，展现出对疾病异常步态的改善作用。