專利名稱：一種人骨替代材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人骨替代材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及以聚醚醚酮羥基磷灰石復合材料為基體的人骨替代材料。
背景技術(shù)：
聚醚醚酮(PEEK)是一種全芳香半結(jié)晶高聚物，它具有良好的物理力學性能，耐高溫、耐腐蝕性能和良好的耐蠕變、抗疲勞性能。同時,它有很好的加工性。因此，PEEK是一種很好的修復和替換人體硬組織的生物材料之一。研究表明，PEEK有良好的生物相容性，在生物鹽水的作用下，耐磨性、光滑性和剛性等物理性質(zhì)沒有明顯的降低。但由于PEEK缺乏生物活性，導致了它在醫(yī)用方面的使用范圍受到限制。羥基磷灰石(HA)是一種有良好的生物相容性和生物活性的無機非金屬材料，它能與骨組織形成牢固的鍵合，但是純HA的抗彎強度低，脆性大，不能很好地滿足臨床應(yīng)用的要求，因此需要有一種基體對HA增韌。因此聚醚醚酮/羥基磷灰石的復合材料開始受到關(guān)注，復合材料通常具有復合體系中各個材料的優(yōu)良性能，通過熔融共混的方法將HA加入到PEEK中可以制備具有一定生物活性的復合材料，HA加入量與復合材料力學性能存在重要關(guān)系，隨著HA含量增加，導致復合材料抗拉強度降低。因此，目前聚醚醚酮羥基磷灰石復合材料存在的問題是:聚醚醚酮的生物活性低，在滿足機械強度要求的條件下很難找到替代聚醚醚酮的材料；為獲得較好的生物活性，需要加入含量較高的羥基磷灰石，而羥基磷灰石的較高含量使得復合材料的機械性能降低，目前，羥基磷灰石的添加量均為復合材料質(zhì)量分數(shù)的20%以下，20%以上含量很難滿足人骨替代材料的機械強度。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供一種人骨替代材料及其制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種人骨替代材料，包含有聚醚醚酮和羥基磷灰石復合材料,還包含有質(zhì)量分數(shù)為2%-8%的磺化聚醚醚酮。優(yōu)選地，所述人骨替代材料組分的質(zhì)量分數(shù)為:磺化聚醚醚酮2%_8%、羥基磷灰石10%-30%，余量為聚醚醚酮。優(yōu)選地,所述輕基磷灰石的質(zhì)量分數(shù)為20%_30%。本發(fā)明還提供一種人骨替代材料的制備方法，包括以下步驟:
a.以環(huán)丁砜為溶劑，加入磺化聚醚醚酮和羥基磷灰石，加熱至180-200°C，將磺化聚醚醚酮和羥基磷灰石完全溶解或分散；
b.將等摩爾比的對苯二酚和4，4’- 二氟二苯甲酮與溶劑二苯砜在反應(yīng)器中混合均勻，在氮氣保護下加熱至混合物熔融，加入無水碳酸鈉和無水碳酸鉀混合物作為成鹽劑，力口熱至250-320°C，直至縮聚反應(yīng)完成，得灰色粘稠液體；
c.將步驟a中溶于環(huán)丁砜的磺化聚醚醚酮和羥基磷灰石緩慢加入反應(yīng)器中，維持溫度250°C-320°C，冷凝回流并攪拌加熱至混合均勻后趁熱迅速傾倒至常溫蒸餾水中凝結(jié)分散，得到固體聚醚醚酮-磺化聚醚醚酮-羥基磷灰石復合材料。優(yōu)選地，所述步驟c得到固體聚醚醚酮-磺化聚醚醚酮-羥基磷灰石三元復合材料后還包括將固體產(chǎn)物經(jīng)粉碎機搗碎成粉末狀，用丙酮和蒸餾水多次反復抽提、過濾，除去未反應(yīng)的單體、溶劑和鹽類雜質(zhì)，在電熱恒溫鼓風干燥箱中進行干燥，得到提純的聚醚醚酮-磺化聚醚醚酮-羥基磷灰石三元復合材料。具體地，所述磺化聚醚醚酮的制備方法是:將聚醚醚酮溶于濃硫酸后并進行攪拌，控制磺化度為10-15%，在攪拌過程中加入蒸餾水，至溶液溫度降至室溫后過濾得到的固體粉末即為磺化聚醚醚酮。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的人骨替代材料為聚醚醚酮-磺化聚醚醚酮-羥基磷灰石三元復合材料，通過在現(xiàn)有聚醚醚酮和羥基磷灰石二元復合材料中加入質(zhì)量分數(shù)為2%-8%的磺化聚醚醚酮，能有效地提高人骨替代材料的生物活性，實驗表明，加入的磺化聚醚醚酮本身無細胞毒性，并且得到的三組分材料與兩組分材料相比，能更好地促進細胞增 殖。另一方面，由于磺化聚醚醚酮與聚醚醚酮和羥基磷灰石形成良好的界面以及自身較好的機械性能，使得人骨替代材料中羥基磷灰石的含量可以適當?shù)氐玫教嵘?，本發(fā)明的聚醚醚酮-磺化聚醚醚酮-羥基磷灰石三元復合材料中羥基磷灰石的含量達到30%時仍然具有較好的機械強度，能滿足人骨替代材料的要求。


圖1細胞標準生長曲線；
圖2 SPEEK對細胞形態(tài)影響；
圖3組份材料隨時間變化對細胞增殖影響；
圖4 二元復合材料隨時間變化對細胞增殖影響；
圖5三元復合材料隨時間變化對細胞增殖影響；
圖6 SPEEK隨時間變化對細胞增殖影響。
具體實施例方式下面，結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明以含有質(zhì)量分數(shù)為2%_8%的磺化聚醚醚酮的聚醚醚酮-磺化聚醚醚酮-羥基磷灰石三元復合材料作為人骨替代材料，其制備方法如下:
首先對磺化聚醚醚酮(SPEEK)的制備進行說明，可采用下述具體方法進行制備，稱量3g左右的聚醚醚酮溶于一定體積的98%的濃硫酸中配成聚醚醚酮質(zhì)量分數(shù)為1%的溶液后，在50-80°C范圍分別用攪拌器攪拌1、3、6個小時，邊攪拌邊倒入冷水中，待降至室溫后過濾得到磺化聚醚醚酮，磺化度在10-15%。用蒸餾水洗滌至PH=7，烘干，制得磺化聚醚醚酮固體粉末。下面對聚醚醚酮-磺化聚醚醚酮-羥基磷灰石三元復合材料的制備進行說明，其中，聚醚醚酮縮寫為PEEK，磺化聚醚醚酮縮寫為SPEEK，羥基磷灰石縮寫為HA ；
稱量一定質(zhì)量的環(huán)丁砜注入三口燒瓶，加入SPEEK，冷凝回流下攪拌加熱至180度保溫30分鐘后在升溫至200左右保溫至SPEEK完全溶解。HA攪拌均勻后注入三口燒瓶，冷凝回流下攪拌加熱至180度保溫30分鐘后在升溫至200左右保溫至HA完全分散，將兩者攪拌均勻混合后備用。稱取對苯二酚，4，4’-二氟二苯甲酮(摩爾比1:1)以及二苯砜溶劑，混合均勻后加Λ 500ml的三口燒瓶中。通入氮氣IOmin以排出空氣，在氮氣保護下加熱至混合物熔融，此時呈淡黃色透明液體。緩慢升溫后180°C時加入無水碳酸鈉和無水碳酸鉀混合物作為成鹽齊U。繼續(xù)緩慢升溫至200°C，稍作停留后升溫至320°C恒溫反應(yīng)3h，待恒溫反應(yīng)縮聚反應(yīng)完成后，得灰色粘稠液體。將預熱至250°C的環(huán)丁砜/SPEEK/HA材料緩慢加入反應(yīng)器中，維持溫度250°C，充分攪拌均勻，保持溫度20min。充分攪拌均勻。冷凝回流攪拌加熱至它們攪拌混合均勻后趁熱迅速傾倒至常溫蒸餾水中凝結(jié)分散，得灰白色塊狀固體.產(chǎn)物經(jīng)粉碎機搗碎后呈粉末狀，用丙酮和蒸餾水多次反復抽提、過濾，除去未反應(yīng)的單體、溶劑和鹽類雜質(zhì)。在電熱恒溫鼓風干燥箱中100°C烘干12小時以上，得到提純后的聚醚醚酮-磺化聚醚醚酮-羥基磷灰石三元復合材料。本實施例中，磺化聚醚醚酮在PEEK-SPEEK-HA中的質(zhì)量分數(shù)可在2%_8%范圍內(nèi)選擇，羥基磷灰石在PEEK-SPEEK-HA中的質(zhì)量分數(shù)分別選擇為10%，20%和30%。下面對制備的PEEK-SPEEK-HA三元復合材料的性能測試進行詳細說明。將HA、PEEK、SPEEK、PEEK/10%HA、PEEK/20%HA、PEEK/SPEEK/10%HA、PEEK/SPEEK/20%HA,PEEK/SPEEK/30%HA 高壓滅菌后，每種材料用 RPMI1640 培養(yǎng)基按 4mg/ml、8mg/ml、16mg/ml、32 mg/ml>64 mg/ml配成不同濃度混懸液。將對數(shù)生長期的MG-63細胞制備成7種不同濃度(2.5X 103 — 1.6X 105個/ml)細胞懸液，并依次加入96孔培養(yǎng)(100 u L/孔，n=3).置于37°C、5%C02培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72h,再加入5% MTT (20 u L/孔)繼續(xù)培養(yǎng)4 h。倒掉原培養(yǎng)液，用0.1 mmol/L的PBS液清洗后加入DMSO( 150 u L /孔)室溫下孵育15 20 min，用酶聯(lián)檢測儀，測其570nm處OD值，計算出各濃度組均值，作曲線，得到細胞標準生長曲線圖如圖1所示。首先進行細胞毒性試驗，以確?；腔勖衙淹?SPEEK)的加入不會產(chǎn)生細胞毒性。在細胞對數(shù)生長期時，棄去原培養(yǎng)液，用PBS洗滌2次.用0.25%胰蛋白酶消化貼壁細胞，用含10%牛血清的RPMI1640培養(yǎng)液配成單個細胞懸液，細胞板計數(shù)，按每孔2 X IO4個/ml接種在96孔板(n=3)，每孔體積200ul，24h細胞貼壁后，吸去培養(yǎng)液，換成含有上述各種材料的培養(yǎng)液，將培養(yǎng)板移入CO2孵箱中，在37°C、5% CO2及飽和濕度條件下培養(yǎng).培養(yǎng)5d.培養(yǎng)細胞用胰液酶消化，在倒置顯微鏡下觀察細胞形態(tài)及細胞貼壁情況.在第2、3、
4、5天時，每孔加入MTT溶液(5mg/ml) 20ul，37°C孵箱中繼續(xù)孵育4h，終止培養(yǎng)，小心吸棄孔內(nèi)培養(yǎng)上清液，每孔加入150ul DMS0，振蕩lOmin，使結(jié)晶物充分溶解，選擇570nm波長，在酶聯(lián)免疫檢測儀上測定各孔光吸收值，記錄結(jié)果。培養(yǎng)第2d時，用倒置顯微鏡觀察各組材料對細胞形態(tài)的影響，經(jīng)對SPEEK材料組進行觀察，觀察到的SPEEK對細胞形態(tài)影響圖如圖2所示，可以看到材料周 圍有細胞粘附生長，細胞呈梭性，折光性強、為正?；罴毎?，說明SPEEK對細胞無毒性。各組材料毒性級別見表I。表I各組材料的RGR和毒性級別(士s)
權(quán)利要求
1.一種人骨替代材料，包含有聚醚醚酮和羥基磷灰石復合材料，其特征在于:還包含有質(zhì)量分數(shù)為2%-8%的磺化聚醚醚酮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人骨替代材料，其特征在于，所述人骨替代材料組分的質(zhì)量分數(shù)為:磺化聚醚醚酮2%-8%、羥基磷灰石10%-30%，余量為聚醚醚酮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人骨替代材料，其特征在于:所述羥基磷灰石的質(zhì)量分數(shù)為 20%-30%。
4.一種人骨替代材料的制備方法，包括以下步驟: a.以環(huán)丁砜為溶劑，加入磺化聚醚醚酮和羥基磷灰石，加熱至180-200°C，將磺化聚醚醚酮和羥基磷灰石完全溶解或分散； b.將等摩爾比的對苯二酚和4，4’- 二氟二苯甲酮與溶劑二苯砜在反應(yīng)器中混合均勻，在氮氣保護下加熱至混合物熔融，加入無水碳酸鈉和無水碳酸鉀混合物作為成鹽劑，力口熱至250-320°C，直至縮聚反應(yīng)完成，得灰色粘稠液體； c.將步驟a中溶于環(huán)丁砜的磺化聚醚醚酮和羥基磷灰石緩慢加入反應(yīng)器中，維持溫度250°C _320°C，冷凝回流并攪拌加熱至混合均勻后趁熱迅速傾倒至常溫蒸餾水中凝結(jié)分散，得到固體聚醚醚酮-磺化聚醚醚酮-羥基磷灰石復合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述步驟c得到固體聚醚醚酮-磺化聚醚醚酮-羥基磷灰石復合材料后還包括將固體產(chǎn)物經(jīng)粉碎機搗碎成粉末狀，用丙酮和蒸餾水多次反復抽提、過濾，除去未反應(yīng)的單體、溶劑和鹽類雜質(zhì)，在電熱恒溫鼓風干燥箱中進行干燥，得到提純的聚醚醚酮-磺化聚醚醚酮-羥基磷灰石三元復合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述磺化聚醚醚酮的制備方法是:將聚醚 醚酮溶于濃硫酸后并進行攪拌，控制磺化度為10-15%，在攪拌過程中加入蒸餾水，至溶液溫度降至室溫后過濾得到的固體粉末即為磺化聚醚醚酮。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種人骨替代材料，以克服現(xiàn)有聚醚醚酮羥基磷灰石復合的人骨替代材料生物活性和機械性能不能夠兼具和平衡的缺點，本發(fā)明通過在現(xiàn)有聚醚醚酮羥基磷灰石復合材料中添加質(zhì)量分數(shù)為(2-8%)的磺化聚醚醚酮(S-PEEK)，以獲得人骨替代材料生物活性和機械性能的平衡。
文檔編號A61L27/48GK103191468SQ201310137210
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者倪卓 申請人:深圳大學