一種具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)學材料和植入醫(yī)療器械領域，具體涉及一種具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料及其制備方法與應用。
技術背景
[0002]聚芳醚酮(polyetherketon eketone, PAEK)聚合物是一種高溫熱塑性聚合物，由芳香苯環(huán)基團鏈接酮基基團和醚基基團按照不同順序和比例結合形成其主鏈結構。其中，代表性的PAEK類聚合物有PEEK和PEKK材料。近年來，PAEK類聚合物由于獨特的化學幾何結構賦予其良好的化學抗性，射線可透性，熱穩(wěn)定性以及相對于金屬材料而言更加接近骨的機械性能而被越來越多的作為生物材料應用于骨科，創(chuàng)傷和脊柱植入材料領域。然而相比于鈦金屬植入體和骨之間的緊密結合，由于PAEK聚合物的化學和生物惰性，其植入體與骨之間產生了大量的纖維組織，導致了 PAEK植入體與骨組織之間表現(xiàn)出了受限的機械鍵合。
[0003]研究人員為了改善PAEK材料的生物活性做了很多相關工作，主要分為:1)物理改性，如等離子體改性(氧等離子體，氨等離子體，氮/氧等離子體，甲烷/氧等離子體，氧/氬等離子體，氨/氬等離子體，氫/氬等離子體等)，加速中性原子束和激光電子束改性等；2)化學改性，如磺化處理改性PAEK材料表面得到表面活性及微孔PAEK材料，通過特定反應并通過表面功能基團轉化得到表面含酚羥基和羧基的PAEK，通過濕化學選擇性的在PAEK材料表面引入羧基、羰基、氨基、谷氨酰胺基及表面共價鍵合谷氨基酸，還通過細胞外基質蛋白纖連蛋白改性PAEK的吸附和共價接枝鍵合；3)涂層改性，將一些材料如羥基磷灰石、鈦、二氧化鈦及類金剛石等材料通過各種方法如冷噴涂，射頻磁控濺射，旋轉涂布，氣浮沉積，等離子體沉積，等離子體浸沒粒子注入，電子束沉積，真空等離子體噴涂和物理氣相沉積等來沉積在PAEK材料的表面從而提升其生物活性；4)PAEK復合材料，通過氯化鈉作為制孔劑與PAEK混合后成型，再除去氯化鈉得出多孔PAEK支架材料來提升PAEK植入體與骨之間的連接，或者將一些材料如羥基磷灰石(HA)、硅酸鈣、生物玻璃等材料與PAEK材料通過注塑、熱熔、壓制以及激光燒結等方式制備出復合材料來提升PAEK的生物活性等等。

【發(fā)明內容】

[0004]發(fā)明人通過對現(xiàn)有技術的綜合分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中存在以下不足:制備的PAEK/HA復合材料其機械性能由于兩種材料之間的結合為物理連接，在應用中具有局限性；而采用等離子體改性后的PAEK，其改性效果隨著時間的延長會逐漸降低，長期有效性需要得到改善；采用溶劑刻蝕得到的PAEK材料只有表面具有薄層的三維微孔孔結構，植入體與骨組織之間沒有更緊密的連接；通過化學接枝改性后的PAEK材料，其細胞的貼附依賴于改性的效果，而且細胞的吸附穩(wěn)定性需要很大提升；通過采用氯化鈉作為制孔劑與聚芳醚酮得到復合材料后去除氯化鈉后得到的多孔PAEK支架，其生物活性有待提升，而且只具備了大尺寸的連通孔。
[0005]而且現(xiàn)階段的研究大多都只針對于PEEK材料，相對于PEEK材料，PEKK在性能上有和PEEK有很多的相似性，但是PEKK具有更加優(yōu)良的機械性能和熱穩(wěn)定性，以及其在雙酮基鍵上具有更大的改性優(yōu)勢。然而，對于PEKK材料的提高生物活性的研究，現(xiàn)在國內外均沒有研究成果報道。
[0006]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料及其制備方法，采用磷酸1丐陶瓷(calcium phosphate ceramic, CPC)粉體作為致孔劑制備多孔聚芳醚酮材料，獲得了較理想的孔結構，具有良好的生物活性和機械性能。提供了一種將一定比例的PAEK粉末和磷酸I丐陶瓷(calcium phosphate ceramic, CPC)球形顆粒致孔劑濕法均勻混合后得到的混合物充填入特制的模具內，施壓促使硬質的致孔劑以密堆積排列的同時排除多余的PAEK粉末，再通過模具熱壓使其熔融成型，得到PAEK/CPC混合物坯體，稀鹽酸浸泡去除致孔劑后得到多孔PAEK材料，然后濃硫酸處理后在模擬體液(simulated bodyfluid, SBF)浸泡生成表面類骨磷灰石沉積層，得到具有生物活性的多孔PAEK材料的方法。
[0007]本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn):
一種具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料坯體，包括聚芳醚酮材料骨架和填充于所述聚芳醚酮材料骨架中的磷酸鈣陶瓷粉體致孔劑。采用磷酸鈣陶瓷粉體作為致孔劑，容易通過酸洗去除致孔劑獲得包含大孔(100微米以上)和微孔(100微米以下)復合孔結構，在致孔劑原來占據(jù)的位置留下大孔，酸洗液與聚芳醚酮材料骨架作用又可以同時形成豐富的表面微孔；另外，由于采用本身具備生物活性的磷酸鈣陶瓷粉體作為致孔劑，殘余的致孔劑不僅不會造成不利影響，還可以賦予所得的多孔聚芳醚酮材料一定的生物活性。
[0008]作為可選方式，所述磷酸鈣陶瓷粉體為球形顆粒，所述致孔劑在聚芳醚酮材料骨架中密堆積排列。所述磷酸鈣粉體的粒徑為300-1200微米，通過調整磷酸鈣粉體的粒徑與用量可對所得的多孔聚芳醚酮材料的孔徑和空隙率進行調控。
[0009]作為可選方式，所述的制孔劑為經1200°C以上燒結的磷酸鈣陶瓷球形顆粒，粒徑為300-1200微米。
[0010]作為可選方式，所述磷酸鈣陶瓷為羥基磷灰石(hydroxyapatite，HA)、磷酸三鈣(tricalcium phosphate, TCP)、HA/TCP雙相陶瓷中的至少一種，優(yōu)選為輕基磷灰石。
[0011]作為可選方式，所述聚芳醚酮PAEK材料為聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)材料中的至少一種。
[0012]作為可選方式，所述PAEK材料是無定型或者半結晶型中的一種。優(yōu)選半晶型PAEK，這樣材料具有更加穩(wěn)定的物理及化學性能。
[0013]本發(fā)明還提供了一種具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料，所述聚芳醚酮材料中含有多孔結構，所述多孔結構采用磷酸鈣陶瓷粉體作為致孔劑制得，即通過去除上述任意一種坯體中的磷酸鈣陶瓷粉體致孔劑制得。
[0014]作為可選方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料具有三維貫通的大孔及豐富的表面微孔。進一步的，大孔尺寸及孔隙率易于調整，大孔孔徑范圍為300-1200微米，孔隙率范圍為30%~90%。
[0015]作為可選方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料具有底層致密，中間層孔隙率逐步增大，表層大孔連通且孔壁微孔連通的梯度孔結構。多級連通孔結構更有利于細胞、組織及血管長入。
[0016]作為可選方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料中還含有親水性的磺基改性層。提升材料表面的親水性既有利于羥基磷灰石層的沉積也有利于細胞的貼附、迀移和生長。通過化學改性在材料表面引入了親水性的磺基基團，極大的增強了材料表面的類骨磷灰石沉積能力，從而通過物理層面上的多孔結構結合化學改性后的親水性類骨磷灰石沉積表面來顯著的提升了 PAEK材料的生物活性。
[0017]作為可選方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料還含有類骨磷灰石沉積層。上述類骨磷灰石沉積層可進一步提升材料的生物活性，便于與植入部位發(fā)生骨性結合，還可提升材料的骨誘導和骨傳導性能，促進骨細胞的增殖、分化與骨組織的再生。
[0018]本發(fā)明還提供了一種制備上述的多孔聚芳醚酮材料坯體的方法，以磷酸鈣陶瓷球形粉體作為致孔劑，將聚芳醚酮粉末與制孔劑進行濕法均勻混合后得到的復合材料經熱壓成型。
[0019]進一步的，該方法是將一定比例的PAEK粉末和磷酸I丐陶瓷(calcium phosphateceramic, CPC)球形顆粒致孔劑濕法均勻混合后得到的混合物充填入模具內，施壓促使硬質的致孔劑以密堆積排列的同時排除多余的PAEK粉末，再通過模具熱壓使PAEK粉末熔融成型，得到PAEK/CPC混合物坯體。
[0020]作為可選方式，在上述坯體的制備方法中，所述制孔劑為經1200°C以上燒結的磷酸鈣陶瓷球形顆粒，其粒徑為300 μm以上。進一步的，其粒徑為300-1200微米。
[0021]作為可選方式，在上述坯體的制備方法中，包括以下步驟:
1)向聚芳醚酮粉末中加入制孔劑，再加入適量溶劑后充分混勻，獲得復合材料；
2)將上述步驟I)中所述的復合材料鋪展于模具中，加熱模具至335-400°C;
3)將上述步驟2)中的模具放入壓機上，施加壓力，保溫保壓I小時，冷卻后脫模取