CN103865084A - 一种聚醚醚酮材料及其表面改性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚醚醚酮材料及其表面改性的方法，其中，所述方法包括：以氩气和水蒸汽作为离子源，对聚醚醚酮材料进行等离子体浸没离子注入，所述等离子体浸没离子注入技术的工艺参数包括：注入电压500～1000V，氩气流量15～60sccm，射频功率300～500W，本底真空度为5×10^-3Pa，占空比30%，频率30kHz，注入时间30～90分钟，真空室温度80～120℃，通入水蒸汽后真空室压力大于5×10^-3Pa且为1×10^-2Pa以下。改性后的聚醚醚酮材料表面具有沟壑状纳米结构，且所述改性后的聚醚醚酮材料表面连接有羟基官能团。

Description

一种聚醚醚酮材料及其表面改性的方法

技术领域

本发明涉及一种聚醚醚酮材料及其表面改性的方法，具体涉及一种通过等离子体浸没离子注入技术获得的聚醚醚酮材料及其表面改性的方法，属于医用高分子材料表面改性技术领域。

背景技术

近年来，随着生物材料制备使用理论和技术的不断发展和完善，高性能高分子植入体材料有望逐渐替代钛及其合金材料，应用前景将更为广阔。聚醚醚酮的弹性模量与人体骨组织的较为匹配，植入人体后可有效减少应力屏蔽效应造成的骨吸收和骨萎缩，且聚醚醚酮材料耐化学腐蚀，机械性能突出，对生物体无毒性，适合用作医疗植入装置长期植入（Biomaterials2007,28:4845-4869）。然而，聚醚醚酮的生物活性较差，植入人体后不易与骨组织键合，限制了其作为植入体材料的长期使用。

目前针对聚醚醚酮材料生物相容性差这一问题进行改进的通用方法有以下几种：一是使用生物活性材料进行复合（如磷酸三钙和羟基磷灰石等），这种方法尽管可有效提高聚醚醚酮生物相容性，但却大幅牺牲了其固有良好的力学性能，不利于其临床医用。另外一种是在材料表面涂覆生物活性涂层（如氧化钛、羟基磷灰石等），这种方法可以使材料基本保持聚醚醚酮基体的原有力学性能，但是存在基体和涂层之间结合的牢固性问题，因此也限制了其临床应用。还有一种方法是通过化学反应在聚醚醚酮表面接枝活性官能团（如氨基和羧基等），这种方法虽然也可以达到预期的改性效果，但是往往需要多个反应步骤，造成操作繁琐、耗时的缺点。如何通过简便的方式，即提高聚醚醚酮材料生物相容性，又保持聚醚醚酮材料本身的优秀性能，已经成为研究热点之一。

发明内容

本发明旨在克服现有聚醚醚酮材料存在的缺陷，通过简便、易行的方式，提高聚醚醚酮材料生物相容性，并保持其原有的性能，本发明提供了一种通过等离子体浸没离子注入技术获得的聚醚醚酮材料及其表面改性的方法。

本发明提供了一种通过等离子体浸没离子注入技术对聚醚醚酮材料进行表面改性的方法，所述方法包括：以氩气和水蒸汽作为离子源，对聚醚醚酮材料进行等离子体浸没离子注入，所述等离子体浸没离子注入技术的工艺参数包括：注入电压500～1000V，氩气流量15～60sccm，射频功率300～500W，本底真空度为5×10^-3Pa，占空比30%，频率30kHz，注入时间30～90分钟，真空室温度80～120℃，通入水蒸汽后真空室压力大于5×10^-3Pa且为1×10^-2Pa以下。

水蒸汽为羟基的引入提供化学来源，氩气能够对水蒸汽的离化起到辅助作用。

较佳地，所述等离子体浸没离子注入技术的工艺参数优选为：所述通入水蒸汽以后真空室压力为1×10^-2Pa，所述氩气流量为30sccm，所述真空室温度为100℃，所述注入电压为800V，所述射频功率为300W，所述注入时间为60分钟。

较佳地，所述聚醚醚酮材料可为纯聚醚醚酮材料或碳纤维增强聚醚醚酮材料。

本发明还提供一种根据上述方法改性得到的聚醚醚酮材料，其特征在于，改性后的聚醚醚酮材料表面具有沟壑状纳米结构，且所述改性后的聚醚醚酮材料表面连接有羟基官能团。

本发明的有益效果：

经过本发明的改性方法处理得到的聚醚醚酮材料，其生物相容性得到显著提高。细胞实验证实，经过本发明改性处理得到的聚醚醚酮材料表面MC3T3成骨细胞增殖数倍于未改性聚醚醚酮；MC3T3成骨细胞在改性后的聚醚醚酮材料表面的初期粘附和铺展状况也得到明显改善。另外，大鼠骨髓间充质干细胞（BMSC）在改性后的聚醚醚酮材料表面培养14天的碱性磷酸酶活性有所提高，表明改性后的材料对干细胞向成骨细胞分化起到了促进作用。本发明提出的改性方法能满足医用聚醚醚酮材料所需的生物相容性要求。与此同时，本发明提供的操作方法简便易行，可以进行产业化生产。

附图说明

图1是经本发明改性处理前后的聚醚醚酮表面的扫描电镜形貌图，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮；

图2是经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面三维原子力显微镜图，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮；

图3是经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面X射线光电子能谱（XPS）测试结果，图中：（a）表示未改性聚醚醚酮经衍生化反应之后的全谱，（d）表示氩气离子注入改性聚醚醚酮经衍生化反应之后的全谱，（g）表示混合气体离子注入改性聚醚醚酮经衍生化反应之后的全谱；（b）,（c）表示未改性聚醚醚酮的高分辨谱，（e）,（f）表示氩气离子注入改性聚醚醚酮的高分辨谱，（h）,（i）表示混合气体离子注入改性聚醚醚酮的高分辨谱；

图4是MC3T3细胞在经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面培养初期（60min）的贴附和铺展形貌，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮；

图5是经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面MC3T3细胞增殖实验结果，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮；**和***表示两组数据之间统计学差异的显著程度，其中**表示p<0.01，表明两组数据有较为显著的统计学差异，***表示p<0.001，表明两组数据有更为显著的统计学差异；

图6是MC3T3细胞在经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面培养1、4、7天的形貌图，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮；

图7是大鼠骨髓间充质干细胞（BMSC）在经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面培养14天的碱性磷酸酶表达活性测试结果，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮。

具体实施方式

通过以下具体实施方式并参照附图对本发明作进一步详细说明，应理解为，以下实施方式仅为对本发明的说明，不是对本发明内容的限制，任何对本发明内容未作实质性变更的技术方案仍落入本发明的保护范围。

本发明为了解决现有医用聚醚醚酮材料存在的生物相容性不佳问题，公开了一种通过等离子体注入对聚醚醚酮材料进行表面改性的方法，所述方法包括以水蒸气和氩气组成的混合气体为离子源，对聚醚醚酮材料表面进行等离子体浸没离子注入。经过本发明改性处理得到的聚醚醚酮材料，其表面不仅出现了沟壑状纳米结构，而且有一定量的羟基存在。改性后的聚醚醚酮材料的生物相容性得到显著提高。细胞实验证实，经过本发明改性处理得到的聚醚醚酮材料表面MC3T3成骨细胞增殖数倍于未改性聚醚醚酮；MC3T3成骨细胞在改性后的聚醚醚酮材料表面的初期粘附和铺展状况也得到明显改善。另外，大鼠骨髓间充质干细胞（BMSC）在改性后的聚醚醚酮材料表面培养14天的碱性磷酸酶活性有所提高，表明改性后的材料对干细胞向成骨细胞分化起到了促进作用。本发明可用于改善医用聚醚醚酮材料的生物相容性。

所述混合气体等离子体注入的工艺参数包括本底真空度为5×10^-3Pa，通入水蒸汽以后真空室压力为5×10^-3～1×10^-2Pa，氩气流量为15～60sccm，真空室温度为80～120℃，注入电压为500～1000V，射频功率为300～500W，注入脉冲频率为30kHz，占空比为30%，注入时间为30～90分钟。

所述的聚醚醚酮为纯聚醚醚酮材料或碳纤维增强聚醚醚酮材料。

所述改性后的聚醚醚酮材料表面形貌为沟壑状纳米结构。

所述改性后的聚醚醚酮材料表面有羟基官能团。经过本发明改性处理得到的聚醚醚酮材料表面不仅有沟壑状纳米结构出现，而且有羟基官能团存在。这种结构和成分的双重作用显著地改善了聚醚醚酮材料的生物相容性。

等离子体浸没离子注入（Plasma immersion ion implantation,PIII）技术是一种新型的表面改性技术，具有全方位和高反应活性的特点，对于处理体积小且异型的植入体材料具有独特的优势。利用等离子体浸没离子注入技术可以灵活地调控材料表面的物理状态，如粗糙度、亲水性等（ACS Applied Materials&Interfaces2013,5:1510-1516）；通过使用不同的离子源，还可以将不同的元素或者化学官能团引入到材料表面（Biomaterials2005,26:6129-6135）。另外，研究表明：当材料表面共价连接亲水性官能团时，可以促进细胞在材料表面的贴附和生长（Journal of Polymer Science Part A-Polymer Chemistry1997,35:3779-3790）。羟基是一种亲水性官能团，同时其化学活性也可以为聚醚醚酮进一步接枝其他生物功能性官能团提供可能。因此，本申请提出了利用等离子体浸没离子注入技术对聚醚醚酮进行表面改性，在引入羟基的同时改变其表面的物理化学状态，以达到提高聚醚醚酮生物相容性的目的。

本发明为解决现有医用聚醚醚酮材料存在的生物相容性不佳的问题，提供一种新颖的聚醚醚酮材料的表面改性方法，以满足医用聚醚醚酮材料所需的生物相容性要求。

在此，本发明提供一种通过等离子体注入提高聚醚醚酮生物相容性的方法，所述方法使用等离子体浸没离子注入技术，以气体为离子源对聚醚醚酮进行表面改性，以获得具有更高生物相容性的改性层。

较佳地，使用等离子体浸没离子注入技术对聚醚醚酮进行表面改性时，使用水蒸汽和氩气组成的混合气体为离子源。水蒸汽为羟基的引入提供化学来源，氩气能够对水蒸汽的离化起到辅助作用。

在一个优选的示例中，所述通入水蒸汽以后真空室压力为1×10^-2Pa，所述氩气流量为30sccm，所述真空室温度为100℃，所述注入电压为800V，所述射频功率为300W，所述注入时间为60分钟。

图1是经本发明改性处理前后的聚醚醚酮表面的扫描电镜形貌图，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮；

图2是经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面三维原子力显微镜图，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮；

图3是经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面X射线光电子能谱（XPS）测试结果，图中：（a）表示未改性聚醚醚酮经衍生化反应之后的全谱，（d）表示氩气离子注入改性聚醚醚酮经衍生化反应之后的全谱，（g）表示混合气体离子注入改性聚醚醚酮经衍生化反应之后的全谱；（b）,（c）表示未改性聚醚醚酮的高分辨谱，（e）,（f）表示氩气离子注入改性聚醚醚酮的高分辨谱，（h）,（i）表示混合气体离子注入改性聚醚醚酮的高分辨谱；

图4是MC3T3细胞在经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面培养初期（60min）的贴附和铺展形貌，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮；

图5是经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面MC3T3细胞增殖实验结果，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮；**和***表示两组数据之间统计学差异的显著程度，其中**表示p<0.01，表明两组数据有较为显著的统计学差异，***表示p<0.001，表明两组数据有更为显著的统计学差异；

图6是MC3T3细胞在经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面培养1、4、7天的形貌图，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮；

图7是大鼠骨髓间充质干细胞（BMSC）在经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面培养14天的碱性磷酸酶表达活性测试结果，图中：PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮。

以下进一步列举出一些示例性的实施例以更好地说明本发明。应理解，本发明详述的上述实施方式，及以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。另外，下述工艺参数中的具体配比、时间、温度等也仅是示例性，本领域技术人员可以在上述限定的范围内选择合适的值。

对比例1

将10mm×10mm×1mm的纯聚醚醚酮经过抛光处理后，依次用丙酮和去离子水超声清洗干净，每次30min，清洗后置于80℃烘箱中烘干并妥善保存。以氩气为离子源，对聚醚醚酮基体进行等离子体浸没离子注入，注入改性后的聚醚醚酮材料（A-PEEK）妥善保存，其具体的工艺参数见表1所示。

表1氩气等离子体浸没离子注入参数

注入电压（V）	800	氩气流量（sccm）	30
				射频功率（W）	300	本底真空（Pa）	5×10-3
占空比（%）	30	频率（kHz）	30
				注入时间（min）	60	真空室温度（℃）	100

。

图1（A-PEEK）为经本对比例改性处理得到的医用聚醚醚酮材料表面形貌图，图中显示改性后的材料表面布满狭长的沟壑状结构，尺寸为几纳米到上百纳米不等，这是材料表面经高能离粒子轰击产生分子断链作用的结果；图2（A-PEEK）是经本对比例改性处理得到的医用聚醚醚酮材料表面三维原子力显微镜图，可以看到，在5μm×5μm的扫描区域内，经本对比例改性处理得到的聚醚醚酮材料表面有明显的凹凸不平，测得的表面粗糙度数值为15.30nm，相较于未改性聚醚醚酮的11.41nm略有增大。这表明：使用氩气等离子浸没离子注入技术可以在聚醚醚酮材料表面构造沟壑状的纳米结构，同时增大材料的表面粗糙度。

实施例1

将10mm×10mm×1mm的纯聚醚醚酮经过抛光处理后，依次用丙酮和去离子水超声清洗干净，每次30min，清洗后置于80℃烘箱中烘干并妥善保存。以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，对聚醚醚酮基体进行等离子体浸没离子注入，注入改性后的聚醚醚酮材料（AW-PEEK）妥善保存，其具体的工艺参数见表2所示。

表2氩气水蒸汽混合气体等离子体浸没离子注入参数

本底真空（Pa）	5×10-3	通入水蒸汽后真空室压力（Pa）	1×10-2
				注入电压（V）	800	氩气流量（sccm）	30
射频功率（W）	300	真空室温度（℃）	100
				占空比（%）	30	频率（kHz）	30
注入时间（min）	60

。

图1（AW-PEEK）为经本实施例改性处理得到的医用聚醚醚酮材料表面形貌图，图中显示改性后的材料表面出现狭长的沟壑状纳米结构；图2（AW-PEEK）是经本实施例改性处理得到的医用聚醚醚酮材料表面三维原子力显微镜图，可以看到，在5μm×5μm的扫描区域内，经本实施例改性处理得到的聚醚醚酮材料表面有明显的凹凸不平，测得的表面粗糙度数值为14.71nm，与A-PEEK的相差不多。这表明：以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮材料表面也有沟壑状的纳米结构出现，同时材料的表面粗糙度也有所增大。这与经对比例1改性处理得到的聚醚醚酮材料的表面形貌和粗糙程度相差不多。

实施例2

采用X射线光电子能谱（XPS）测试评估经上述对比例1和实施例1改性处理所得聚醚醚酮材料表面的化学状态。具体方法如下：采用镁靶Kα系（1253.6eV）射线源，测量样品表面的C1s和O1s高分辨谱，并由此计算高分辨谱中各拟合峰的面积百分数，将其与测得的样品表面原子百分比一起列于表3。另外，为了定性地表征材料表面羟基的存在，采用一种化学衍生化的方法将羟基标记为氟元素。具体来说，在吡啶和苯介质中，将三氟乙酸酐（TFAA）和待测样品表面的羟基发生反应（Analytical Chemistry1981,53:665-676），从而将羟基替换成为含氟官能团，再用XPS方法检测待测样品表面全谱，若全谱中有氟元素存在，则证明材料表面存在羟基。

表3.由XPS计算出的样品表面原子百分比和各拟合峰面积百分数

。

图3是经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面X射线光电子能谱（XPS）测试结果。表3是由XPS计算出的样品表面原子百分比和各拟合峰面积百分数，其中PEEK表示改性处理前的聚醚醚酮，A-PEEK表示经过氩气等离子体浸没离子注入改性后的聚醚醚酮，AW-PEEK表示以氩气和水蒸汽的混合气体为离子源，利用等离子体浸没离子注入技术改性后的聚醚醚酮。图3中a、d和g显示，衍生化的PEEK和衍生化的A-PEEK表面并未探测到氟元素的峰，而在衍生化的AW-PEEK表面有一个明显的F1s峰（687eV），这初步表明经实施例1改性处理得到的聚醚醚酮表面有羟基存在。根据图3中的高分辨谱h以及表3，样品AW-PEEK上的C*-O键增多，且其O/C原子百分比也较PEEK和A-PEEK的更高，说明在AW-PEEK表面确实有新的含氧官能团产生。另外，从图3中i可以看到，AW-PEEK样品的表面O*-C键相对含量减少，而一个新的O*-H峰（532.5eV）出现在其O1s高分辨谱中。由此可以得出结论，经实施例1改性处理得到的聚醚醚酮材料表面不仅产生了沟壑状的纳米结构，而且有羟基官能团存在；而经对比例1改性处理得到的聚醚醚酮表面仅有沟壑状纳米结构产生，却无羟基官能团。

实施例3

采用MC3T3成骨细胞体外培养初期的贴附和铺展情况初步评估经上述对比例1和实施例1改性处理所得聚醚醚酮材料的细胞相容性。方法如下：

1）将使用75%乙醇灭菌的样品放入24孔培养板中，每孔滴加1mL密度为2×10⁵cell/mLMC3T3细胞悬液；

2）将细胞培养板放入5%CO₂饱和湿度的细胞培养箱中36.5℃培养60min；

3）吸去细胞培养液，用PBS清洗样品表面后，将样品移至新的24孔板内，向样品加入2.5%的戊二醛溶液将细胞固定，固定时间不少于4h；

4）将戊二醛溶液吸出，依次加入30%、50%、75%、90%、95%、100%的乙醇对细胞进行干燥脱水后，放于扫描电子显微镜下观察细胞在样品表面的贴附和铺展情况。

图4是MC3T3细胞在经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面培养初期（60min）的贴附和铺展形貌。图中显示，未改性聚醚醚酮材料表面的细胞数目较少，形状为球形，伸出的伪足也不多；样品A-PEEK表面的细胞数目增多，虽然大部分为球形，但也出现了一小部分梭形的和铺展得较平的细胞，这些细胞伸出了较多的伪足；样品AW-PEEK上的细胞数量和A-PEEK上的相差不多，但是细胞的铺展状况非常好，几乎全都是平铺在样品表面的。可见，经对比例1改性处理得到的聚醚醚酮材料能够促进细胞的贴附，但对细胞铺展的促进作用并不明显；而经实施例1改性处理得到的聚醚醚酮材料对细胞的贴附和铺展都起到了非常有利的作用，这为细胞后续的增殖提供了良好的前提。

实施例4

采用MC3T3细胞体外培养实验评估经上述对比例1和实施例1改性处理所得聚醚醚酮材料的细胞相容性。利用阿尔玛蓝（AlamarBlue^TM，AbD serotec Ltd，UK）试剂盒检测细胞在材料表面的增殖情况。方法如下：

1）将使用75%乙醇灭菌的样品放入24孔培养板中，每孔滴加1mL密度为5×10⁴cell/mLMC3T3细胞悬液；

2）将细胞培养板放入5%CO₂饱和湿度的细胞培养箱中36.5℃孵化18h；

3）吸去细胞培养液，用PBS清洗样品表面后，将样品移至新的24孔板内，放入培养箱中继续培养；

4）细胞培养1、4和7天后，吸去原培养液，加入含有10%阿尔玛蓝（AlamarBlue^TM）染液的新培养液，将培养板置于培养箱中培养4h后，从每孔取出100μL培养液放入96孔板中；5）利用酶标仪（BIO-TEK，ELX800）测量各孔在570nm和600nm波长下的吸光度值。按照以下公式计算AlamarBlue^TM被细胞还原的百分率：

$\frac{\mathrm{117,216}\&times;A^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}-\mathrm{80,586}\&times;A^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}}{\mathrm{155,677}\&times;{A\&prime;}^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}-\mathrm{14,652}\&times;{A\&prime;}^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}}\&times;100\%$

其中：A为吸光度值，A'为阴性对照孔的吸光度值，λ₁=570nm，λ₂=600nm。

另外，对MC3T3细胞在材料表面培养1、4和7天后的形貌也进行了观察。具体方法如下：

1）将使用75%乙醇灭菌的样品放入24孔培养板中，每孔滴加1mL密度为5×10⁴cell/mLMC3T3细胞悬液；

2）将细胞培养板放入5%CO₂饱和湿度的细胞培养箱中36.5℃培养，每3天更换一次培养液；

3）细胞培养1、4和7天后，吸去细胞培养液，用PBS清洗样品表面后，将样品移至新的24孔板内，向样品加入2.5%的戊二醛溶液将细胞固定，固定时间不少于4h；

4）将戊二醛溶液吸出，依次加入30%、50%、75%、90%、95%、100%的乙醇对细胞进行干燥脱水后，放于扫描电子显微镜下观察细胞形貌。

图5是经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面MC3T3细胞增殖实验结果。由图可见，MC3T3细胞在经对比例1和实施例1改性处理得到的聚醚醚酮材料表面增殖情况明显好于未改性样，其中，样品AW-PEEK上的细胞增值率又明显高于A-PEEK上的。图6是MC3T3细胞在经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面培养1、4、7天的形貌图，图中也显示了同样的规律。由此可见，经实施例1改性处理得到的聚醚醚酮材料结合了结构和成分的双重优势，对成骨细胞的增殖起到了显著的促进作用。

实施例5

采用大鼠骨髓间充质干细胞（BMSC）体外培养14天的碱性磷酸酶（ALP）活性测试进一步评估经上述实施例1和对比例1改性处理所得聚醚醚酮材料的细胞相容性。方法如下：

1）将使用75%乙醇灭菌的样品放入24孔培养板中，每孔滴加1mL密度为5×10³cell/mLBMSC细胞悬液；

2）将细胞培养板放入5%CO2饱和湿度的细胞培养箱中36.5℃培养14天，期间每3天更换一次培养液；

3）细胞培养14天后，将样品移至新的24孔板内并用PBS清洗样品表面，每孔加入细胞裂解液于4℃裂解40min；

4）将细胞从样品表面洗脱，离心后取上清液。向上清液中加入磷酸对硝基苯酯，置于37℃恒温箱中30min后加入氢氧化钠溶液终止反应，通过测试其在405nm波长处的吸光度来计算反应生成的对硝基苯酚的量；

5）通过BCA蛋白法检测上清液中总蛋白量，最终用对硝基苯酚的物质的量（μM）/总蛋白质量（μg）来衡量ALP活性。

图7是大鼠骨髓间充质干细胞（BMSC）在经本发明改性处理前后的聚醚醚酮材料表面培养14天的碱性磷酸酶表达活性测试结果。图中显示：在经对比例1改性处理得到的聚醚醚酮材料表面，干细胞BMSC的ALP活性略有下降，而经实施例1改性处理得到的聚醚醚酮材料表面ALP活性明显高于未改性样。ALP是干细胞早期成骨分化的标志，可见，经实施例1改性处理得到的聚醚醚酮材料表面对干细胞向成骨细胞分化起到了促进作用，这对于提高材料的细胞相容性是有利的。

产业应用性

本发明的方法简单易控，经过本发明改性处理得到的聚醚醚酮材料，其表面不仅有沟壑状纳米结构出现，而且存在着一定量的羟基官能团；这种结构和成分的双重优势使聚醚醚酮材料的生物相容性得到显著提高，可满足医用聚醚醚酮所需的性能要求。

Claims (4)

1.一种通过等离子体浸没离子注入技术对聚醚醚酮材料进行表面改性的方法，其特征在于，所述方法包括：以氩气和水蒸汽作为离子源，对聚醚醚酮材料进行等离子体浸没离子注入，所述等离子体浸没离子注入技术的工艺参数包括：注入电压500～1000 V，氩气流量15～60sccm，射频功率300～500W，本底真空度为5×10^-3Pa，占空比30%，频率30kHz，注入时间30～90分钟，真空室温度80～120℃，通入水蒸汽后真空室压力大于5×10^-3 Pa且为1×10^-2 Pa以下。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体浸没离子注入技术的工艺参数优选为：所述通入水蒸汽以后真空室压力为1×10^-2Pa，所述氩气流量为30sccm，所述真空室温度为100℃，所述注入电压为800V，所述射频功率为300W，所述注入时间为60分钟。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述聚醚醚酮材料为纯聚醚醚酮材料或碳纤维增强聚醚醚酮材料。

4.一种根据权利要求1-3中任一所述方法改性得到的聚醚醚酮材料，其特征在于，改性后的聚醚醚酮材料表面具有沟壑状纳米结构，且所述改性后的聚醚醚酮材料表面连接有羟基官能团。

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