一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医学材料和植入医疗器械领域，具体涉及一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料及其制备方法与应用。
技术背景
[0002]聚芳醚酮(polyetherketon eketone, PAEK)聚合物是一种高温热塑性聚合物，由芳香苯环基团链接酮基基团和醚基基团按照不同顺序和比例结合形成其主链结构。其中，代表性的PAEK类聚合物有PEEK和PEKK材料。近年来，PAEK类聚合物由于独特的化学几何结构赋予其良好的化学抗性，射线可透性，热稳定性以及相对于金属材料而言更加接近骨的机械性能而被越来越多的作为生物材料应用于骨科，创伤和脊柱植入材料领域。然而相比于钛金属植入体和骨之间的紧密结合，由于PAEK聚合物的化学和生物惰性，其植入体与骨之间产生了大量的纤维组织，导致了 PAEK植入体与骨组织之间表现出了受限的机械键合。
[0003]研究人员为了改善PAEK材料的生物活性做了很多相关工作，主要分为:1)物理改性，如等离子体改性(氧等离子体，氨等离子体，氮/氧等离子体，甲烷/氧等离子体，氧/氩等离子体，氨/氩等离子体，氢/氩等离子体等)，加速中性原子束和激光电子束改性等；2)化学改性，如磺化处理改性PAEK材料表面得到表面活性及微孔PAEK材料，通过特定反应并通过表面功能基团转化得到表面含酚羟基和羧基的PAEK，通过湿化学选择性的在PAEK材料表面引入羧基、羰基、氨基、谷氨酰胺基及表面共价键合谷氨基酸，还通过细胞外基质蛋白纤连蛋白改性PAEK的吸附和共价接枝键合；3)涂层改性，将一些材料如羟基磷灰石、钛、二氧化钛及类金刚石等材料通过各种方法如冷喷涂，射频磁控溅射，旋转涂布，气浮沉积，等离子体沉积，等离子体浸没粒子注入，电子束沉积，真空等离子体喷涂和物理气相沉积等来沉积在PAEK材料的表面从而提升其生物活性；4)PAEK复合材料，通过氯化钠作为制孔剂与PAEK混合后成型，再除去氯化钠得出多孔PAEK支架材料来提升PAEK植入体与骨之间的连接，或者将一些材料如羟基磷灰石(HA)、硅酸钙、生物玻璃等材料与PAEK材料通过注塑、热熔、压制以及激光烧结等方式制备出复合材料来提升PAEK的生物活性等等。
【发明内容】
[0004]发明人通过对现有技术的综合分析发现现有技术中存在以下不足:制备的PAEK/HA复合材料其机械性能由于两种材料之间的结合为物理连接，在应用中具有局限性；而采用等离子体改性后的PAEK，其改性效果随着时间的延长会逐渐降低，长期有效性需要得到改善；采用溶剂刻蚀得到的PAEK材料只有表面具有薄层的三维微孔孔结构，植入体与骨组织之间没有更紧密的连接；通过化学接枝改性后的PAEK材料，其细胞的贴附依赖于改性的效果，而且细胞的吸附稳定性需要很大提升；通过采用氯化钠作为制孔剂与聚芳醚酮得到复合材料后去除氯化钠后得到的多孔PAEK支架，其生物活性有待提升，而且只具备了大尺寸的连通孔。
[0005]而且现阶段的研究大多都只针对于PEEK材料，相对于PEEK材料，PEKK在性能上有和PEEK有很多的相似性，但是PEKK具有更加优良的机械性能和热稳定性，以及其在双酮基键上具有更大的改性优势。然而，对于PEKK材料的提高生物活性的研究，现在国内外均没有研究成果报道。
[0006]针对上述问题，本发明提供了一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料及其制备方法，采用磷酸1丐陶瓷(calcium phosphate ceramic, CPC)粉体作为致孔剂制备多孔聚芳醚酮材料，获得了较理想的孔结构，具有良好的生物活性和机械性能。提供了一种将一定比例的PAEK粉末和磷酸I丐陶瓷(calcium phosphate ceramic, CPC)球形颗粒致孔剂湿法均匀混合后得到的混合物充填入特制的模具内，施压促使硬质的致孔剂以密堆积排列的同时排除多余的PAEK粉末，再通过模具热压使其熔融成型，得到PAEK/CPC混合物坯体，稀盐酸浸泡去除致孔剂后得到多孔PAEK材料，然后浓硫酸处理后在模拟体液(simulated bodyfluid, SBF)浸泡生成表面类骨磷灰石沉积层，得到具有生物活性的多孔PAEK材料的方法。
[0007]本发明通过以下技术方案来实现:
一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料坯体，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钙陶瓷粉体致孔剂。采用磷酸钙陶瓷粉体作为致孔剂，容易通过酸洗去除致孔剂获得包含大孔(100微米以上)和微孔(100微米以下)复合孔结构，在致孔剂原来占据的位置留下大孔，酸洗液与聚芳醚酮材料骨架作用又可以同时形成丰富的表面微孔；另外，由于采用本身具备生物活性的磷酸钙陶瓷粉体作为致孔剂，残余的致孔剂不仅不会造成不利影响，还可以赋予所得的多孔聚芳醚酮材料一定的生物活性。
[0008]作为可选方式，所述磷酸钙陶瓷粉体为球形颗粒，所述致孔剂在聚芳醚酮材料骨架中密堆积排列。所述磷酸钙粉体的粒径为300-1200微米，通过调整磷酸钙粉体的粒径与用量可对所得的多孔聚芳醚酮材料的孔径和空隙率进行调控。
[0009]作为可选方式，所述的制孔剂为经1200°C以上烧结的磷酸钙陶瓷球形颗粒，粒径为300-1200微米。
[0010]作为可选方式，所述磷酸钙陶瓷为羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)、磷酸三钙(tricalcium phosphate, TCP)、HA/TCP双相陶瓷中的至少一种，优选为轻基磷灰石。
[0011]作为可选方式，所述聚芳醚酮PAEK材料为聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)材料中的至少一种。
[0012]作为可选方式，所述PAEK材料是无定型或者半结晶型中的一种。优选半晶型PAEK，这样材料具有更加稳定的物理及化学性能。
[0013]本发明还提供了一种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结构，所述多孔结构采用磷酸钙陶瓷粉体作为致孔剂制得，即通过去除上述任意一种坯体中的磷酸钙陶瓷粉体致孔剂制得。
[0014]作为可选方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料具有三维贯通的大孔及丰富的表面微孔。进一步的，大孔尺寸及孔隙率易于调整，大孔孔径范围为300-1200微米，孔隙率范围为30%~90%。
[0015]作为可选方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料具有底层致密，中间层孔隙率逐步增大，表层大孔连通且孔壁微孔连通的梯度孔结构。多级连通孔结构更有利于细胞、组织及血管长入。
[0016]作为可选方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料中还含有亲水性的磺基改性层。提升材料表面的亲水性既有利于羟基磷灰石层的沉积也有利于细胞的贴附、迀移和生长。通过化学改性在材料表面引入了亲水性的磺基基团，极大的增强了材料表面的类骨磷灰石沉积能力，从而通过物理层面上的多孔结构结合化学改性后的亲水性类骨磷灰石沉积表面来显著的提升了 PAEK材料的生物活性。
[0017]作为可选方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料还含有类骨磷灰石沉积层。上述类骨磷灰石沉积层可进一步提升材料的生物活性，便于与植入部位发生骨性结合，还可提升材料的骨诱导和骨传导性能，促进骨细胞的增殖、分化与骨组织的再生。
[0018]本发明还提供了一种制备上述的多孔聚芳醚酮材料坯体的方法，以磷酸钙陶瓷球形粉体作为致孔剂，将聚芳醚酮粉末与制孔剂进行湿法均匀混合后得到的复合材料经热压成型。
[0019]进一步的，该方法是将一定比例的PAEK粉末和磷酸I丐陶瓷(calcium phosphateceramic, CPC)球形颗粒致孔剂湿法均匀混合后得到的混合物充填入模具内，施压促使硬质的致孔剂以密堆积排列的同时排除多余的PAEK粉末，再通过模具热压使PAEK粉末熔融成型，得到PAEK/CPC混合物坯体。
[0020]作为可选方式，在上述坯体的制备方法中，所述制孔剂为经1200°C以上烧结的磷酸钙陶瓷球形颗粒，其粒径为300 μm以上。进一步的，其粒径为300-1200微米。
[0021]作为可选方式，在上述坯体的制备方法中，包括以下步骤:
1)向聚芳醚酮粉末中加入制孔剂，再加入适量溶剂后充分混匀，获得复合材料；
2)将上述步骤I)中所述的复合材料铺展于模具中，加热模具至335-400°C;
3)将上述步骤2)中的模具放入压机上，施加压力，保温保压I小时，冷却后脱模取