一種納米硅酸鈣-聚醚醚酮復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高分子復(fù)合材料，尤其涉及一種納米娃酸巧-聚離離麗復(fù)合材料 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在骨科、整形外科、口腔頒面外科等領(lǐng)域，植入物是修復(fù)重建受損骨與關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和 功能的主要手段。當(dāng)前臨床上常用的植入物材料包括：金屬類、無機非金屬類、高分子類和 復(fù)合材料。金屬類巧日不鎊鋼、鐵及鐵合金、鉆鉛鋼合金)，具有強度高、耐摩擦、無毒性等優(yōu) 點，已在臨床上得到廣泛應(yīng)用。然而，金屬類材料的強度及彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常人體骨組 織，植入體內(nèi)后會因應(yīng)力遮擋效應(yīng)使周圍骨質(zhì)吸收，影響植入物/骨界面的整合；長期存留 體內(nèi)可發(fā)生電解反應(yīng)而引發(fā)局部骨溶解；金屬材質(zhì)屏蔽射線可造成影像檢查視野的缺失。 無機非金屬類材料，如羥基磯灰石（HA)、磯酸H巧（TCP)、生物玻璃、玻璃陶瓷A-W等，具有 良好的生物相容性、耐腐蝕等優(yōu)點，但是由于它們的初性較差、強度較低而脆性較大、彈性 模量較高，不能滿足人體承重部位的修復(fù)要求?，F(xiàn)在有大量高分子類材料因其來源廣泛、可 加工性強、生物相容性好而應(yīng)用于臨床，如超高分子量聚己帰（UHMWPE)，聚甲基丙帰酸甲醋 (PMMA)，聚乳酸等。但高分子類材料也存在明顯的不足之處：大多數(shù)在單獨使用時力學(xué)強度 不夠理想；某些多聚物巧日PMMA)作為骨填充物使用時不能自行吸收；消毒過程也可能會影 響某些多聚物的特性。該些缺點大大限制了高分子類材料在臨床上的應(yīng)用。
[0003] 聚離離麗（P邸K)是一種半結(jié)晶線性多環(huán)芳香熱塑性高分子材料。陽邸優(yōu)點眾多： 具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，如耐高溫、耐磨、耐燃燒、耐水解、耐化學(xué)藥品等；良好的體外 和體內(nèi)生物相容性，無毒性，無致崎、致突變效應(yīng)；放射線可W透過，磁共振掃描也不會產(chǎn)生 偽影；最重要的是，PE邸的生物力學(xué)強度與人體皮質(zhì)骨較為接近。目前，已有W PE邸及其 復(fù)合材料作為原料制成的椎間融合器、人工關(guān)節(jié)假體應(yīng)用于臨床并取得了良好的近期隨訪 效果。然而，陽邸有一個致命的缺點一一生物惰性，也就是說PE邸植入體內(nèi)后不能很好地 與宿主骨整合，極大地限制了其在臨床上的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，對陽邸進行改性W提高其生物活性和骨整合 性。將納米娃酸巧顆粒與PE邸復(fù)合制備納米娃酸巧-陽邸復(fù)合材料（nm-CS/PE邸)，可W解 決多方面的問題：第一，娃酸巧的慘入可大幅度提高PEEK的生物活性，使其植入體內(nèi)后能 與宿主骨良好地整合；第二，納米娃酸巧-陽邸復(fù)合材料可在很大程度上保留PE邸優(yōu)良的 生物力學(xué)特性，植入體內(nèi)后可W和周圍正常骨質(zhì)在力學(xué)方面相匹配；第H，PEEK基質(zhì)可防 止娃酸巧過快地降解，使存留體內(nèi)的娃酸巧發(fā)揮更長時間的的骨傳導(dǎo)和骨誘導(dǎo)作用；第四， 納米顆粒不僅可W發(fā)揮納米材料的生物學(xué)效應(yīng)，促進骨源細(xì)胞的粘附、增殖和成骨分化；第 五，納米顆粒由于具有更大的比表面積，與PEEK基質(zhì)的結(jié)合比微米顆粒更加牢靠，因此納 米顆粒的慘入可W提高PEEK復(fù)合材料的抗疲勞特性，植入體內(nèi)后可W獲得長期的穩(wěn)定性。
[0005] 本發(fā)明的第一個方面是提供一種納米娃酸巧-聚離離麗復(fù)合材料，所述納米娃酸 巧-聚離離麗復(fù)合材料的組成成分包括納米娃酸巧和聚離離麗，且納米娃酸巧和聚離離麗 的體積比為（10-30): (70-90)。
[0006] 優(yōu)選地，所述納米娃酸巧-聚離離麗復(fù)合材料中納米娃酸巧和聚離離麗的體積比 為（15-25): (75-85)。
[0007] 進一步優(yōu)選地，所述納米娃酸巧-聚離離麗復(fù)合材料中納米娃酸巧和聚離離麗的 體積比為20:80。
[0008] 本發(fā)明的第二個方面是提供一種本發(fā)明第一個方面提供的納米娃酸巧-聚離離 麗復(fù)合材料的制備方法。
[0009] 所述制備方法包括W下步驟：
[0010] 步驟1，將納米娃酸巧和聚離離麗粉末按照（10-30) : (70-90)的體積比混合；
[0011] 步驟2,采用注射成型技術(shù)將步驟1得到的納米娃酸巧和聚離離麗混合物復(fù)合，制 得納米娃酸巧-聚離離麗復(fù)合材料。
[0012] 優(yōu)選地，步驟1中納米娃酸巧和聚離離麗粉末的體積比為（15-25) : (75-85)。
[0013] 進一步優(yōu)選地，步驟1中納米娃酸巧和聚離離麗粉末的體積比為20:80。
[0014] 優(yōu)選地，步驟1中納米娃酸巧和聚離離麗粉末的混合在高速球磨機內(nèi)進行，混合 0. 5-2小時，轉(zhuǎn)速為300-800轉(zhuǎn)/分鐘。
[001引優(yōu)選地，步驟2中，采用注射成型技術(shù)制備納米娃酸巧-聚離離麗復(fù)合材料時，注 射溫度為350-42(TC。
[0016] 所述納米娃酸巧可W通過購買得到，也可W自行制備。優(yōu)選地，所述納米娃酸巧通 過Ca(N〇3)2 ?化0和NasSiOs ? 9&0反應(yīng)及后續(xù)的水熱反應(yīng)、干燥制得。
[0017] 進一步優(yōu)選地，所述納米娃酸巧具體制備方法如下：
[001引 將摩爾比1:1的Ca (N03) 2 ?軸20和NaaSiOs ?9&0分別溶解在水中，將0. 05-0. 5%的 聚己二醇加入到化(N03) 2溶液中，然后將NasSiOs溶液滴加到化(N03) 2溶液中，生成化Si03 沉淀；CaSi03沉淀用去離子水清洗后，加入二甲基甲醜胺，攬拌下溫度逐漸升至100-15(TC 蒸發(fā)水分，然后萃取移除DMF，得到的產(chǎn)物在50-7(TC下干燥得到納米娃酸巧粉末。
[0019] 本發(fā)明提供的新型的nm-CS/PE邸復(fù)合材料，大量的前期研究發(fā)明；此復(fù)合材料表 面有大量的納米CS顆粒，分布均勻，其中有一小部分納米CS顆粒形成了微米級凝聚體；經(jīng) 水接觸角的測試發(fā)現(xiàn)，納米CS的慘入可W-定程度上提高PEEK的親水性，材料親水性的提 高有利于細(xì)胞粘附于材料表面；nm-CS/PEEK復(fù)合材料可在體外持續(xù)釋放大量巧離子和娃 離子達21天之久，該些釋放的巧離子和娃離子在促進成骨細(xì)胞的增殖和分化方面已被證 實將發(fā)揮積極的作用；經(jīng)模擬體液浸泡，nm-CS/PEEK復(fù)合材料的表面可W在7天之內(nèi)形成 大量羥基磯灰石島并逐漸增多成為很厚的磯灰石層，該些磯灰石層的形成有利于成骨細(xì)胞 的增殖和分化，植入體內(nèi)后有利于植入物和骨組織的整合；體外細(xì)胞實驗證實，與UHMWPE 材料和純PE邸材料相比，有更多的細(xì)胞粘附于nm-CS/PE邸復(fù)合材料表面，且該些細(xì)胞鋪展 更好，狀態(tài)更好，增殖速度更快，能夠分泌更多的堿性磯酸酶(ALP)和巧結(jié)節(jié)，還能促進成骨 分化相關(guān)基因（ALP、骨巧素、骨橋蛋白及I型膠原）的表達。
[0020] 本發(fā)明提供的納米娃酸巧-聚離離麗復(fù)合材料保留了 PEEK優(yōu)良的生物力學(xué)特性 的同時，大幅度提高了 PE邸的生物活性，植入體內(nèi)后能和周圍正常骨質(zhì)在力學(xué)方面相匹 配，與宿主骨良好地整合，促進骨源細(xì)胞的粘附、增殖和成骨分化，可w長期保持穩(wěn)定性，可 W作為脊柱椎間融合器材料和人工關(guān)節(jié)假體材料應(yīng)用于臨床，有著積極的現(xiàn)實意義，將會 產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明提供的納米娃酸巧-聚離離麗復(fù)合材料（nm-CS/PE邸復(fù)合材料）的 表征和親水性檢測結(jié)果；A為掃描電鏡檢測結(jié)果；B為能量色散譜分析結(jié)果；C為水接觸角 檢測結(jié)果；由掃描電鏡觀察結(jié)果可見，nm-CS/PEEK復(fù)合材料表面有大量納米CS顆粒，分布 較均勻，但有一部分納米CS顆粒形成了凝聚體（圖1A，3000 X，箭頭所指)，直徑在數(shù)百納米 至幾微米不等。能量色散譜分析確定了 nm-CS/PEEK復(fù)合材料表面存在的高電子密度顆粒 的確為娃酸巧顆粒。水接觸角測量發(fā)現(xiàn)，UHMW陽材料、陽邸材料和nm-CS/PE邸復(fù)合材料的 水接觸角分別為78 + 8°、76±2°和62 + 9°，nm-CS/陽邸復(fù)合材料的水接觸角遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 前兩者（P<0. 05)，說明nm-CS/陽邸復(fù)合材料的親水性高于UHMW陽材料和陽邸材料。
[0022] 圖2為nm-CS/P邸K復(fù)合材料的降解性能檢測結(jié)果；A為巧離子的釋放曲線；B為娃 離子的釋放曲線；C為28天后nm-CS/PE邸表面掃描電鏡觀察結(jié)果。3天之內(nèi)，nm-CS/P邸K 復(fù)合材料可W快速釋放大量的巧離子和娃離子；3天至21天，巧離子和娃離子的釋放量逐 漸減少；21天至28天，釋放曲線進入平臺期，說明沒有更多的巧離子和娃離子釋放出來。28 天后，nm-CS/PE邸復(fù)合材料可釋放0. 6492毫摩爾/升的巧離子和0. 6774毫摩爾/升的娃 離子，其表面殘留許多的小凹坑（圖2C)，大小不一，形狀不規(guī)則，是娃酸巧顆粒解離之后留 下的。
[0023] 圖3為nm-CS/陽邸復(fù)合材料的模擬體液浸泡實驗結(jié)果；A為陽邸材料表面的