專利名稱：聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全髖股骨頭假體材料及其制備方法，具體是一種聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料及其制備方法。用于生物醫(yī)用復(fù)合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
晚期髖關(guān)節(jié)疾病最有效的治療方法是全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，其主要目的是解除髖部疼痛、保持關(guān)節(jié)穩(wěn)定、改善關(guān)節(jié)功能、調(diào)整雙下肢長(zhǎng)度。目前商業(yè)化并在臨床大量使用的僅局限于不銹鋼(鐵基合金)、鈷基合金和鈦基合金這三類金屬材料制成的全髖股骨頭假體，其中鈷合金強(qiáng)度高、耐磨損性能好，生物相容性優(yōu)良，是目前應(yīng)用最廣泛的一類合金。從人工關(guān)節(jié)成形術(shù)(THA)產(chǎn)生至今，人工關(guān)節(jié)假體松動(dòng)一直是長(zhǎng)期困擾人工關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域的難題，也是導(dǎo)致THA失敗的重要原因之一。最早使用丙烯酸骨水泥固定人工髖關(guān)節(jié)，并被后人稱為第一代骨水泥技術(shù)，術(shù)后十年證實(shí)松動(dòng)率高達(dá)30％。為了改善假體的固定，一部分學(xué)者致力于提高骨水泥技術(shù)，另一部分學(xué)者發(fā)展了無(wú)骨水泥的生物固定技術(shù)，但也遇到了假體松動(dòng)的問(wèn)題，有時(shí)其骨吸收及假體松動(dòng)比骨水泥假體還要嚴(yán)重。其原因主要有1、剛性金屬材料的彈性模量為骨的6-13倍，當(dāng)與骨固定形成一個(gè)受力單位時(shí)，應(yīng)力將沿高彈性模量的金屬材料集中下傳，而低彈性模量的骨組織由于缺乏應(yīng)力刺激而逐漸吸收，這種“應(yīng)力遮擋”作用使假體失去骨支撐而松動(dòng)。2、假體置入人體后，在受力條件下運(yùn)動(dòng)必然發(fā)生磨損，磨損產(chǎn)生的大量磨屑進(jìn)入到有效關(guān)節(jié)間隙中，激活巨噬細(xì)胞引發(fā)破骨細(xì)胞性骨溶解導(dǎo)致假體松動(dòng)。因此，研制低模量、耐磨損的關(guān)節(jié)材料是發(fā)展的重要方向。以往研制的樹(shù)脂基復(fù)合材料的低模量特點(diǎn)有希望徹底解決“應(yīng)力遮擋”問(wèn)題，但是也存在耐磨性差、置入體內(nèi)易產(chǎn)生大量磨屑引發(fā)嚴(yán)重的骨溶解和松動(dòng)的缺陷。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利名稱金屬基多孔金屬氧化物/羥基磷灰石復(fù)合人工骨及制備方法，申請(qǐng)?zhí)?3142150.4，該專利提及到一種金屬基多孔金屬氧化物/羥基磷灰石復(fù)合人工骨，可有效用作承受大負(fù)荷部位的骨替代物的材料，例如股骨、髖關(guān)節(jié)等。此種復(fù)合材料雖然通過(guò)在金屬基上迭置金屬氧化物陶瓷層和羥基磷灰石層，提高了生物相容性和力學(xué)性能，但由于金屬材料的存在會(huì)不可避免地?zé)o法徹底解決“應(yīng)力遮擋”問(wèn)題和產(chǎn)生磨屑的弊病。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述的不足和缺陷，提供一種聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料及其制備方法，使其具有高耐磨損性、與骨組織有較好的力學(xué)相容性，解決目前現(xiàn)用材料由關(guān)節(jié)磨屑、應(yīng)力遮擋和應(yīng)力集中導(dǎo)致的關(guān)節(jié)假體松動(dòng)以及骨吸收、骨萎縮等一系列并發(fā)癥。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料是一種用碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料形成的全髖股骨頭假體材料，該復(fù)合材料包含的組成成分及其重量百分比為碳纖維10-60％，余量為聚醚醚酮。
所述的聚醚醚酮經(jīng)碳纖維增強(qiáng)后可進(jìn)一步提高其力學(xué)性能和耐磨性，所用的碳纖維為短切碳纖維或連續(xù)碳纖維。
本發(fā)明聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的制備方法，可根據(jù)所用碳纖維種類不同分為兩種當(dāng)碳纖維采用短切碳纖維時(shí)，首先按照重量百分比稱取短切碳纖維與聚醚醚酮樹(shù)脂，在高速混合機(jī)中進(jìn)行預(yù)混合，然后用雙螺桿擠出機(jī)高溫混煉、擠出、造粒、模壓成型；當(dāng)碳纖維采用連續(xù)碳纖維，首先稱取正交增強(qiáng)的碳纖維平紋布和聚醚醚酮樹(shù)脂，進(jìn)行疊層，纖維增強(qiáng)方向在0-90°范圍內(nèi)變化，然后放入平行板的模具中，模壓成型。
方法中，所述的模壓成型為將需模壓的材料放入模具中，合模后放入壓機(jī)，由室溫升至400℃，加壓20-50MPa，保溫保壓1-3小時(shí)，然后以10-30℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風(fēng)冷，當(dāng)溫度降至130-140℃范圍內(nèi)時(shí)脫模。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明具備以下優(yōu)點(diǎn)和積極作用1.復(fù)合材料的模量與人體股骨相匹配，與股骨具有良好的力學(xué)相容性，為骨組織與假體的穩(wěn)定結(jié)合、促進(jìn)生物學(xué)固定創(chuàng)造了良好的生物力學(xué)環(huán)境。2.具有一定的強(qiáng)度和高耐磨損性。3.具有良好的生物相容性。4.可解決目前現(xiàn)用材料由關(guān)節(jié)磨屑、應(yīng)力遮擋和應(yīng)力集中導(dǎo)致的關(guān)節(jié)假體松動(dòng)以及骨吸收、骨萎縮等一系列并發(fā)癥。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
實(shí)施例1聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的組成成分及其重量百分比為碳纖維20％％，聚醚醚酮80％。
稱取200g短切碳纖維與800g聚醚醚酮樹(shù)脂，在高速混合機(jī)中進(jìn)行預(yù)混合，然后用雙螺桿擠出機(jī)高溫混煉、擠出、造粒。將需模壓的粒料放入模具中，合模后放入壓機(jī)，由室溫升至400℃，加壓20MPa，保溫保壓2小時(shí)，然后以20℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風(fēng)冷，當(dāng)溫度降至140℃時(shí)脫模。
實(shí)施例2聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的組成成分及其重量百分比為碳纖維10％％，聚醚醚酮90％。
稱取100g正交增強(qiáng)的碳纖維平紋布和900g聚醚醚酮樹(shù)脂，進(jìn)行疊層，纖維增強(qiáng)方向?yàn)?°。將上述疊層材料放入平行板的模具中，合模后放入壓機(jī)，由室溫升至400℃，加壓40MPa，保溫保壓3小時(shí)，然后以10℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風(fēng)冷，當(dāng)溫度降至135℃時(shí)脫模。
實(shí)施例3聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的組成成分及其重量百分比為碳纖維40％，聚醚醚酮60％。
稱取400g正交增強(qiáng)的碳纖維平紋布和600g聚醚醚酮樹(shù)脂，進(jìn)行疊層，纖維增強(qiáng)方向?yàn)?5°。將上述疊層材料放入平行板的模具中，合模后放入壓機(jī)，由室溫升至400℃，加壓50MPa，保溫保壓1小時(shí)，然后以30℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風(fēng)冷，當(dāng)溫度降至130℃時(shí)脫模。
實(shí)施例4聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的組成成分及其重量百分比為碳纖維60％，聚醚醚酮40％。
稱取600g正交增強(qiáng)的碳纖維平紋布和400g聚醚醚酮樹(shù)脂，進(jìn)行疊層，纖維增強(qiáng)方向?yàn)?5°。將上述疊層材料放入平行板的模具中，合模后放入壓機(jī)，由室溫升至400℃，加壓30MPa，保溫保壓2小時(shí)，然后以10℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風(fēng)冷，當(dāng)溫度降至135℃時(shí)脫模。
實(shí)施例1-4效果如下

陶瓷濕磨100分鐘的磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鈦合金、鈷鉻鉬合金以及UHMWPE的體積磨損率分別為實(shí)施例3制備的碳纖維/聚醚醚酮復(fù)合材料的53.7倍、21.6倍和2.3倍，說(shuō)明本發(fā)明制備的復(fù)合材料具有高耐磨損性。
同時(shí)，兔的骨內(nèi)柱狀體置入實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)施例1-4制備的碳纖維/聚醚醚酮復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)良的生物相容性和力學(xué)相容性。
權(quán)利要求
1.一種聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料，其特征在于，所述的全髖股骨頭假體材料是用碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料形成的，其組分及其重量百分比為碳纖維10-60％，余量為聚醚醚酮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料，其特征是，碳纖維為短切碳纖維或連續(xù)碳纖維。
3.一種聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的制備方法，其特征在于，所述的假體材料其組成成分及其重量百分比為碳纖維10-60％，余量為聚醚醚酮，當(dāng)碳纖維采用短切碳纖維時(shí)，首先按照重量百分比稱取短切碳纖維與聚醚醚酮樹(shù)脂，在高速混合機(jī)中進(jìn)行預(yù)混合，然后用雙螺桿擠出機(jī)高溫混煉、擠出、造粒、模壓成型；當(dāng)碳纖維采用連續(xù)碳纖維，首先稱取正交增強(qiáng)的碳纖維平紋布和聚醚醚酮樹(shù)脂，進(jìn)行疊層，纖維增強(qiáng)方向在0-90°范圍內(nèi)變化，然后放入平行板的模具中，模壓成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的制備方法，其特征是，所述的模壓成型為將需模壓的材料放入模具中，合模后放入壓機(jī)，由室溫升至400℃，加壓20-50MPa，保溫保壓1-3小時(shí)，然后以10-30℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風(fēng)冷，當(dāng)溫度降至130-140℃范圍內(nèi)時(shí)脫模。
全文摘要
一種聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料及其制備方法。用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明材料，是用碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料形成的，其組成成分及其重量百分比為碳纖維10－60％，余量為聚醚醚酮。當(dāng)碳纖維采用短切碳纖維時(shí)，首先按照重量百分比稱取短切碳纖維與聚醚醚酮樹(shù)脂，在高速混合機(jī)中進(jìn)行預(yù)混合，然后用雙螺桿擠出機(jī)高溫混煉、擠出、造粒、模壓成型；當(dāng)碳纖維采用連續(xù)碳纖維，首先稱取正交增強(qiáng)的碳纖維平紋布和聚醚醚酮樹(shù)脂，進(jìn)行疊層，纖維增強(qiáng)方向在0－90°范圍內(nèi)變化，然后放入平行板的模具中，模壓成型。本發(fā)明具有高耐磨損性、與骨組織有較好的力學(xué)相容性，解決了由假體材料引起的關(guān)節(jié)假體松動(dòng)以及骨吸收、骨萎縮等一系列并發(fā)癥。
文檔編號(hào)A61L27/44GK1593670SQ20041002539
公開(kāi)日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者孫康, 喬秀穎, 方嘉, 李偉, 陸?zhàn)?申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)