一種新型人骨替代材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型人骨替代材料，以克服現(xiàn)有聚醚醚酮/羥基磷灰石復(fù)合材料生物活性差的缺點(diǎn)。本發(fā)明的人骨替代材料包含聚醚醚酮和多孔羥基磷灰石，所述多孔羥基磷灰石的孔隙率為50-80%，孔徑為100-250μm。本發(fā)明將聚醚醚酮與多孔羥基磷灰石組成復(fù)合材料，與普通的聚醚醚酮/羥基磷灰石復(fù)合材料相比，更能促進(jìn)細(xì)胞增殖，從而獲得一種具有更加優(yōu)異生物活性的新型人骨替代材料。
【專利說明】一種新型人骨替代材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種屬于生物活性材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種人骨替代材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]羥基磷灰石是人體骨骼、牙齒的重要組成部分，它在人骨成分中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約70%，在人的牙齒釉質(zhì)中質(zhì)量分?jǐn)?shù)則在95%以上。羥基磷灰石具有良好的生物相容性、生物活性和化學(xué)穩(wěn)定性，能與骨緊密結(jié)合，被認(rèn)為是最有前途的陶瓷人工齒和人工骨置換材料。然而，純的羥基磷灰石力學(xué)性能比較差，作為人工種植體其使用可靠性較差。這大大限制了它在承載部位骨替換中的應(yīng)用。
[0003]聚醚醚酮是一種全芳香族半結(jié)晶性高聚物，該材料的剛性較大，尺寸穩(wěn)定性較好，化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性好，具有優(yōu)異的耐化學(xué)藥品性，還具有突出的摩擦學(xué)特性、耐滑動(dòng)磨損和微動(dòng)磨損性；此外，它還具有較好的韌性，對交變應(yīng)力的優(yōu)良耐疲勞性是所有塑料中最出眾的。因此，聚醚醚酮是一種很好的修復(fù)和替換人體硬組織的生物材料。然而，聚醚醚酮材料不具有生物活性，這也制約了它的生物應(yīng)用。
[0004]羥基磷灰石/聚醚醚酮生物復(fù)合材料引起了人們的極大關(guān)注，二者具有極強(qiáng)的互補(bǔ)性，作為復(fù)合材料既可以改善羥基磷灰石的力學(xué)性能，又兼具優(yōu)異的生物活性。然而，目前聚醚醚酮/羥基磷灰石復(fù)合材料中的羥基磷灰石成分為實(shí)心結(jié)構(gòu)。由于目前聚醚醚酮/羥基磷灰石復(fù)合材料中的羥基磷灰石成分為實(shí)心結(jié)構(gòu)，該材料植入體內(nèi)后新生骨組織僅能在表面形成骨質(zhì)，雖然附著緊密，但不能長入到羥基磷灰石的內(nèi)部，由于接觸面積小，羥基磷灰石與骨不能夠充分的生理性結(jié)合，因此復(fù)合材料的生理活性不能得到充分的發(fā)揮，很難滿足人骨替代材料的功能要求。
[0005]有研究表明，羥基磷灰石的結(jié)構(gòu)直接影響組織長入及組織在種植體內(nèi)的生長，多孔結(jié)構(gòu)有利于促進(jìn)組織的生長，當(dāng)材料的內(nèi)連孔直徑在15-40 μ m時(shí)，即允許纖維組織長入材料內(nèi)部；而孔徑為40-100 μ m時(shí),允許非礦化的骨樣組織長入；孔徑在150 μ m時(shí)，已能為骨組織長入提供理想場所。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中羥基磷灰石/聚醚醚酮生物復(fù)合材料存在的生物活性差的缺陷，本發(fā)明旨在為解決上述技術(shù)問題提供一種新型人骨替代材料及其制備方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種人骨替代材料，為聚醚醚酮/羥基磷灰石復(fù)合材料，其特征在于，所述的人骨替代材料包含聚醚醚酮和多孔羥基磷灰石，所述多孔羥基磷灰石的孔隙率為50-80%，孔徑為100-250 μ mD
[0008]優(yōu)選地，所述人骨替代材料組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:聚醚醚酮70-90%，多孔羥基磷灰石 10_30%。
[0009]本發(fā)明還提供所述的人骨替代材料的制備方法，包括以下步驟:將干燥后的多孔羥基磷灰石和聚醚醚酮粉體，按照羥基磷灰石的質(zhì)量百分含量為10%?30%混合，放入球磨機(jī)中球磨后，再放入烘箱內(nèi)干燥，制得所述的人骨替代材料。
[0010]所述的多孔羥基磷灰石的制備方法是:羥基磷灰石粉末與甲基纖維素粉末混合后，再與去離子水混合成漿料，經(jīng)超聲震動(dòng)脫氣，在烘箱中50°C -90°c烘干，然后以0.5°C /min的速度升溫至250°C，保溫，再以3°C /min的速度升溫到1250°C，保溫，隨爐冷卻到室溫，即可獲得多孔羥基磷灰石。
[0011]所述的羥基磷灰石與甲基纖維素的質(zhì)量比為1:0.5-1:1 ;制得的多孔羥基磷灰石孔隙率為50-80%,孔徑為100-250 μ m。
[0012]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/多孔羥基磷灰石復(fù)合材料，通過在現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上，采用多孔羥基磷灰石替代普通的羥基磷灰石，能夠有效地提高人骨替代材料的生物活性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，與普通的聚醚醚酮/羥基磷灰石復(fù)合材料相比，聚醚醚酮/多孔羥基磷灰石復(fù)合材料更能促進(jìn)細(xì)胞增殖。
[0013]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以【具體實(shí)施方式】為限，而是由權(quán)利要求加以限定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1ΡΕΕΚ/10%ρ-ΗΑ與PEEK/10%HA復(fù)合材料隨時(shí)間變化對細(xì)胞增殖率的影響。
[0015]圖2不同組成成分的PEEK/p-HA復(fù)合材料隨時(shí)間變化對細(xì)胞增殖率的影響。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的技術(shù)方案給予進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但有必要指出以下實(shí)施例只用于對
【發(fā)明內(nèi)容】
的描述，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。以下實(shí)施例中，羥基磷灰石縮寫為HA，多孔羥基磷灰石縮寫為p-HA，聚醚醚酮縮寫為PEEK。
[0017]實(shí)施例1
一種新型人骨替代材料及其制備方法，步驟如下:
O多孔羥基磷灰石的制備:
稱取1gHA粉末，5g甲基纖維素粉末，將二者混合后，再與500mL去離子水混合成漿料，將混合物進(jìn)行超聲粉碎、脫氣45min后，在90°C的烘箱中烘干24h以上。冷卻至室溫后，以0.50C /min的升溫速度加熱至250°C，保溫20min，再以3°C /min的速度升溫至1250°C，保溫5h后，以3°C /min的速度冷卻至室溫，即可得到p_HA粉末。
[0018]2) PEEK/p-HA復(fù)合材料的制備:
將干燥后的P-HA和PEEK粉體混合，放入球磨機(jī)中快速球磨30min，再放入烘箱內(nèi)干燥2h,即可得到PEEK/p-HA復(fù)合材料。
[0019]本實(shí)施例中，P-HA在PEEK/p-HA復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。
[0020]實(shí)施例2
O多孔羥基磷灰石的制備:
稱取1gHA粉末，Sg甲基纖維素粉末，將二者混合后，再與500mL去離子水混合成漿料，將混合物進(jìn)行超聲粉碎、脫氣45min后，在90°C的烘箱中烘干24h以上。冷卻至室溫后，以0.50C /min的升溫速度加熱至250°C，保溫30min，再以3°C /min的速度升溫至1250°C，保溫6h后，以3°C /min的速度冷卻至室溫，即可得到p_HA粉末。
[0021]2) PEEK/p-HA復(fù)合材料的制備:
與實(shí)施例1相同，不同之處在于本實(shí)施例中，p-HA在PEEK/p-HA復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。
[0022]實(shí)施例3
O多孔羥基磷灰石的制備:
稱取1gHA粉末，10 g甲基纖維素粉末，將二者混合后，再與500mL去離子水混合成漿料，將混合物進(jìn)行超聲粉碎、脫氣45min后，在90°C的烘箱中烘干24h以上。冷卻至室溫后，以0.50C /min的升溫速度加熱至250°C，保溫20min，再以3°C /min的速度升溫至1250°C，保溫5h后，以3°C /min的速度冷卻至室溫，即可得到p_HA粉末。
[0023]2) PEEK/p-HA復(fù)合材料的制備:
與實(shí)施例1相同，不同之處在于本實(shí)施例中，p-HA在PEEK/p-HA復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。
[0024]對比例
直接采用HA粉末，按照與實(shí)施例1步驟2)相同的方法制備PEEK/10%HA復(fù)合材料。
[0025]實(shí)施例4
對實(shí)施例1-3所制備的PEEK/p-HA材料的性能進(jìn)行測試，詳細(xì)說明如下。
[0026]使用阿基米德法測量p-HA材料的孔隙率為50-80%。
[0027]使用壓汞法測量p-HA材料的孔徑為100-250 μ m。
[0028]將PEEK/10%HA、PEEK/10%p_HA、PEEK/20%p_HA、PEEK/30%p-HA 復(fù)合材料高壓滅菌后，每種材料用DMEM培養(yǎng)基按20mg/mL的濃度配成懸濁液。
[0029]進(jìn)行毒性測試時(shí)，采用的是WST-1試劑法。WST-1是一種類似于MTT的化合物，在電子耦合試劑存在的情況下，可以被線粒體內(nèi)的一些脫氫酶還原生成橙黃色的結(jié)晶甲瓚。將對數(shù)生長期的人成骨肉瘤MG-63細(xì)胞用0.25%的胰蛋白酶消化貼壁，并用含10% (V/V)胎牛血清的高糖DMEM培養(yǎng)液制成細(xì)胞懸液，在96孔板每孔中加入90 μ L，控制細(xì)胞密度約為14/孔，邊緣孔用無菌磷酸鹽緩沖溶液(PBS)填充。將接種好的細(xì)胞培養(yǎng)板放入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h，加入已配置好的含有上述各種材料的培養(yǎng)液(每個(gè)樣品設(shè)5個(gè)復(fù)孔)，放入培養(yǎng)箱中共培養(yǎng)48h。分別在第12、24、36、48h時(shí)，吸取上清液，用無菌PBS輕輕沖洗2次，每孔加入100 μ L培養(yǎng)基和1yL WST-1溶液，繼續(xù)培養(yǎng)4h，在酶標(biāo)檢測儀0D450nm處測量各孔的吸光值。同時(shí)設(shè)置空白孔和對照孔。
[0030]測定結(jié)果如圖1、圖2所示。其中，細(xì)胞存活率％=(試驗(yàn)組OD平均值-空白組OD平均值)/ (對照組OD平均值-空白組OD平均值)X 100%。
[0031]下面結(jié)合測試結(jié)果對PEEK/p-HA材料的生物性能作詳細(xì)說明。
[0032]圖1顯示的是PEEK/10%p_HA與PEEK/10%HA對細(xì)胞增殖率的影響?？梢钥闯?，與普通的HA相比，多孔的HA更能促進(jìn)細(xì)胞的增殖，并且隨著作用時(shí)間的延長，這一作用更加明顯。
[0033]圖2顯示的是不同組成成分的PEEK/p-HA復(fù)合材料對細(xì)胞增殖率的影響?？梢钥粗罥J，在測試的時(shí)間范圍內(nèi)，材料中P-HA的含量越高，材料對于細(xì)胞增殖的促進(jìn)作用越強(qiáng)，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的宗旨和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種人骨替代材料，為聚醚醚酮/羥基磷灰石復(fù)合材料，其特征在于:所述的人骨替代材料包含聚醚醚酮和多孔羥基磷灰石，所述多孔羥基磷灰石的孔隙率為50-80%，孔徑為100-250 μ mD
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?jǐn)?shù)為:聚醚醚酮70-90%，多孔羥基磷灰石10-30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人骨替代材料，其特征在于，所述的人骨替代材料采用以下方法制備: 1)羥基磷灰石粉末與甲基纖維素粉末混合后，再與去離子水混合成漿料，經(jīng)超聲震動(dòng)脫氣，在烘箱中50°C -90°C烘干，然后以0.5°C /min的速度升溫至250°C，保溫，再以3°C /min的速度升溫到1250°C，保溫，隨爐冷卻到室溫，制得孔隙率為50_80%，孔徑為100-250μm的多孔羥基磷灰石； 2)將干燥后的多孔羥基磷灰石和聚醚醚酮粉體，按照羥基磷灰石的質(zhì)量百分含量為10%?30%混合，放入球磨機(jī)中球磨后，再放入烘箱內(nèi)干燥，制得所述的人骨替代材料。
4.一種人骨替代材料的制備方法，包括以下步驟:將干燥后的多孔羥基磷灰石和聚醚醚酮粉體，按照多孔羥基磷灰石的質(zhì)量百分含量為10%?30%混合，放入球磨機(jī)中球磨后，再放入烘箱內(nèi)干燥，制得所述的人骨替代材料。
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，所述的多孔羥基磷灰石的制備方法是:羥基磷灰石粉末與甲基纖維素粉末混合后，再與去離子水混合成漿料，經(jīng)超聲震動(dòng)脫氣，在烘箱中50°C _90°C烘干，然后以0.50C /min的速度升溫至250°C，保溫，再以3°C /min的速度升溫到1250°C，保溫，隨爐冷卻到室溫，即制得多孔羥基磷灰石。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人骨替代材料的制備方法，其特征在于，所述的羥基磷灰石與甲基纖維素的質(zhì)量比為1:0.5-1:1。
【文檔編號】A61L27/12GK104307037SQ201410616871
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】昝峰, 李華山, 史魯秋 申請人:南京華獅化工有限公司