CN106178105A - 一种表面多孔的医用聚醚醚酮及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面多孔的医用聚醚醚酮及其制备方法和应用，该医用聚醚醚酮表面设有直径或宽度为0.01‑3mm，深度为0.01‑5mm的孔。通过铸造、挤压成型或粉末热压成型工艺制备聚醚醚酮；通过直接铸造、机械加工、激光打孔、激光刻蚀、等离子打孔或等离子刻蚀方法在聚醚醚酮表面造孔。可根据需要在聚醚醚酮表面孔中载入药物。与现有技术相比，本发明聚醚醚酮可根据实际需要加工成各种形状，表面孔的分布、形状、深度、大小可根据需要调节。内部实体结构可为聚醚醚酮材料提供足够的力学性能，外部的孔结构可以为骨细胞生长和体液传输提供通道，有利于材料和骨细胞的结合。该材料多孔结构中载入药物，起到预防感染，促进骨生长和愈合的作用。该制备方法具有结构可控，载药方便，药物结合牢固等优点。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种表面多孔的医用聚醚醚酮及其制备方法，制备的材料主要用于人工关节、脊柱融合、骨修复和骨移植等方面。
背景技术
聚醚醚酮(PEEK)具有良好的力学性能、化学稳定性和生物相容性，可耐受蒸气和辐照消毒。因此聚醚醚酮医用材料获得广泛的临床应用。聚醚醚酮作为生物惰性材料，难以和人体骨骼形成骨融合，限制了其作为骨修复材料的应用。
针对这一不足，许多学者应用不同的方法处理PEEK，以提高其成骨效能；包括：PEEK-羟基磷灰石(HA)复合材料、PEEK-HA-碳纤维复合材料、纳米氟磷灰石-PEEK复合材料、纳米二氧化钛-PEEK复合材料等等。
这些方法的确改善了PEEK的生物活性，然而生物活性物质与聚醚醚酮的结合不够紧密，造成在植入和应用过程中涂层易脱落，使得植入体达不到应有的效果。
医用材料中的孔可以为骨细胞生长和体液传输提供通道，有利于材料和骨的结合，并且多孔结构可以作为药物的载体。所以设计具有多孔结构的医用聚醚醚酮具有十分重要的意义。根据需要在多孔聚醚醚酮多孔结构载药可以起到增加表面活性、促进骨细胞生长和分化、预防感染、针对性给药、局部给药等作用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种表面多孔的医用聚醚醚酮及其制备方法和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种表面多孔的医用聚醚醚酮，其特征在于，该医用聚醚醚酮表面设有直径或宽度为0.01-3mm，深度为0.01-5mm的孔。
所述的聚醚醚酮的抗压屈服强度范围为50MPa-200MPa，弹性模量范围为1GPa-50GPa。
所述的聚醚醚酮表面孔的分布、形状、深度、大小可根据需要调节。
所述的聚醚醚酮中可根据需要添加纤维增强相或颗粒增强相，所述的纤维增强相选自碳纤维、氧化物晶须或生物玻璃纤维，所述的颗粒增强相选自生物玻璃颗粒、钽粉或羟基磷灰石粉。
一种表面多孔的医用聚醚醚酮的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)通过铸造、挤压成型或粉末热压成型工艺制备聚醚醚酮；
(2)通过直接铸造、机械加工、激光打孔、激光刻蚀、等离子打孔或等离子刻蚀方法在聚醚醚酮表面造孔。
聚醚醚酮表面孔的分布、形状、深度、大小可根据需要调节，具体调节方法如下，其中：
直接铸造方法，可以在模具上直接设计出所需孔的分布，形状，深度和大小。
机械加工可以设计电脑程序控制孔的分布，孔的形状，打孔的深度和大小。
激光打孔、激光刻蚀可通过控制激光束直径，输出功率和作用时间控制孔的形状，打孔的深度和大小。
等离子打孔、等离子刻蚀可通过控制等离子束直径，输出功率和作用时间控制槽的形状、宽度和深度。
一种表面多孔的医用聚醚醚酮的应用，其特征在于，根据需要在聚醚醚酮表面孔中载入药物。
所载药物包括生物相容性好的物质、预防术后感染的药物、促进骨细胞生长的元素，抗肿瘤的药物或生长因子；
所述的生物相容性好的物质包括钽粉、羟基磷灰石、硅酸钙、磷酸钙、硫酸钙；
所述的预防术后感染的药物包括银离子、硫酸庆大霉素、万古霉素；
所述的促进骨细胞生长的元素包括锶、锌、锂、钙。
药物通过激光熔覆、渗透法、包埋法、溶剂挥干法、熔融法或吸附平衡法载入。
本发明首先通过铸造、挤压成型或粉末热压成型等工艺制备聚醚醚酮，然后通过直接铸造、机械加工、激光打孔、激光刻蚀、等离子打孔、等离子刻蚀等方法在表面造孔。聚醚醚酮可根据实际需要加工成各种形状，表面孔的分布、形状、深度、大小可根据需要调节。内部实体结构可为聚醚醚酮材料提供足够的力学性能，外部的孔结构可以为骨细胞生长和体液传输提供通道，有利于材料和骨细胞的结合。该材料多孔结构中可根据需要载入药物，起到预防感染，促进骨生长和愈合的作用。这种方法生产的医用聚醚醚酮可满足人工关节、脊柱融合材料和骨支撑修复材料等植入需要。
与现有技术相比，本发明制备的表面多孔聚醚醚酮具有以下优点：
1.具有优良的力学性能，骨传输和骨诱导能力；
2.表面孔结构的分布、形状、深度、大小可根据需要调节；
3.材料形状和大小容易控制，可根据植入需要设计；
4.载药方便，本设计药物直接植入聚醚醚酮孔中，而且与聚醚醚酮结合紧密，可以有效防止药物脱落，散失，所以药物与基体结合牢固；
5.可以满足大多数人工关节、脊柱融合、骨填充、骨修复和骨移植的需求。
附图说明
图1为第一种医用聚醚醚酮表面孔的形状和分布示意图；
图2为第二种医用聚醚醚酮表面孔的形状和分布示意图；
图3为第三种医用聚醚醚酮表面孔的形状和分布示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
采用医用级别聚醚醚酮，把熔融聚醚醚酮注入表面具有直径0.2mm，高度0.5mm柱状凸起的模具中，挤压成型。生成的聚醚醚酮表面具有直径0.2mm，深度0.5mm的圆孔，如图1所示。可利用激光熔覆方法在表面和孔中加入钽粉。钽粉生物相容性良好，而且钽粉在聚醚醚酮孔中，孔可以保护钽粉不容易脱落，钽粉与聚醚醚酮结合紧密。该方法制备的载钽粉聚醚醚酮植入后可与骨形成良好的结合。
实施例2
采用医用级别聚醚醚酮，把熔融聚醚醚酮注入表面具有直径0.5mm，高度1mm柱状凸起的模具中，挤压成型。生成的聚醚醚酮表面具有直径0.5mm，深度1mm的圆孔。可在孔中载入羟基磷灰石骨水泥浆体然后固化，羟基磷灰石骨水泥具有良好的生物相容性，可与骨形成良好的骨结合。固化后的羟基磷灰石骨水泥受到孔的保护，在植入过程中不容易收到碰撞等脱落，植入后在应力环境中也不容易脱落。该方法制备的载羟基磷灰石骨水泥聚醚醚酮植入后可与骨形成良好的结合。
实施例3
采用医用级别生物玻璃纤维增强聚醚醚酮，把熔融聚醚醚酮注入表面具有直径1mm，高度3mm柱状凸起的模具中，挤压成型。生成的聚醚醚酮表面具有直径1mm，深度3mm的圆孔。利用医用明胶作为载体，利用渗透法在孔中载入硫酸庆大霉素，硫酸庆大霉素可有效抑制金黄葡萄球菌和大肠杆菌等，可以预防术后感染，降低植入手术失败的几率。该方法硫酸庆大霉素载药量可达20mg/cm3，硫酸庆大霉素可与明胶之间形成分子间的结合，所以硫酸庆大霉素有效释放时间可达5天以上，达到缓释的目的。该载硫酸庆大霉素的聚醚醚酮植入材料具有良好的预防术后感染的作用。
实施例4
采用医用级别羟基磷灰石颗粒增强聚醚醚酮，把熔融聚醚醚酮注入模具中，挤压成型。编制相应的电脑程序，利用机械加工在材料表面加工出宽度0.5mm，深度1mm的槽。利用医用明胶作为载体，利用包埋法在槽中载入万古霉素。万古霉素是目前临床常用的抗生素，具有抑制葡萄球菌(包括耐青霉素和耐新青霉素株)的作用，可以预防术后感染，降低植入手术失败的几率。万古霉素素可与明胶之间形成分子间的结合，该方法万古霉素载药量可达50mg/cm3，有效释放时间可达14天以上，达到缓释的目的。该载万古霉素的聚醚醚酮植入材料具有良好的预防术后感染的作用。
实施例5
采用医用级别聚醚醚酮，把熔融聚醚醚酮注入模具中，铸造成型。生成的聚醚醚酮表面利用激光打孔方法制备出直径0.4mm，深度2mm的圆孔。孔径和孔的深度通过激光束直径，输出功率和作用时间控制。利用医用壳聚糖作为载体，利用渗透法在孔中载入万古霉素。该方法万古霉素载药量可达20mg/cm3，有效释放时间可达5天以上。该载万古霉素的聚醚醚酮植入材料具有良好的预防术后感染的作用。
实施例6
采用医用级别聚醚醚酮，把熔融聚醚醚酮注入模具中，挤压成型。生成的聚醚醚酮表面利用激光打孔方法制备出直径1mm，深度5mm的圆孔。可在孔中载入硅酸钙骨水泥浆体然后固化。硅酸钙骨水泥具有良好的生物相容性，可与骨形成良好的骨结合。固化后的硅酸钙骨水泥受到孔的保护，在植入过程中不容易收到碰撞等脱落，植入后在应力环境中也不容易脱落。该方法制备的载硅酸钙骨水泥聚醚醚酮植入后可与骨形成良好的结合。
实施例7
采用医用级别聚醚醚酮，把熔融聚醚醚酮注入模具中，挤压成型。生成的聚醚醚酮表面利用激光刻蚀方法制备出宽度0.01mm，深度0.05mm的槽。槽的宽度和深度通过激光束直径，输出功率和作用时间控制。槽内可直接加入万古霉素。万古霉素可与聚醚醚酮形成分子间的结合，达到缓释目的。该方法万古霉素载药量可达去100mg/cm3，有效释放时间可达7天以上。该载万古霉素的聚醚醚酮植入材料具有良好的预防术后感染的作用。
实施例8
采用医用级别聚醚醚酮，把熔融聚醚醚酮注入模具中，挤压成型。生成的聚醚醚酮表面利用激光刻蚀方法制备出宽度0.05mm，深度0.2mm的工字型槽，如图2所示。槽内可直接加入硫酸庆大霉素。硫酸庆大霉素可与聚醚醚酮形成分子间的结合，达到缓释目的。该方法硫酸庆大霉素载药量可达100mg/cm3，有效释放时间可达7天以上。该载硫酸庆大霉素的聚醚醚酮植入材料具有良好的预防术后感染的作用。
实施例9
采用医用级别聚醚醚酮，把熔融聚醚醚酮注入模具中，挤压成型。生成的聚醚醚酮表面利用等离子打孔方法制备出直径2mm，深度5mm的圆孔。孔径和孔的深度通过等离子束直径，输出功率和作用时间控制。可在孔中载入磷酸钙骨水泥浆体然后固化。磷酸钙骨水泥具有良好的生物相容性，可与骨形成良好的骨结合。固化后的磷酸钙骨水泥受到孔的保护，在植入过程中不容易受到碰撞等脱落，植入后在应力环境中也不容易脱落。该方法制备的载磷酸钙骨水泥聚醚醚酮植入后可与骨形成良好的结合。
实施例10
采用医用级别聚醚醚酮粉末，利用热压法成型。生成的聚醚醚酮表面利用等离子刻蚀方法制备出宽度0.1mm，深度0.5mm的槽，如图3所示。槽的宽度和深度通过等离子束直径，输出功率和作用时间控制。槽内可载入硫酸钙骨水泥浆体然后固化。硫酸钙骨水泥具有良好的生物相容性，可与骨形成良好的骨结合。固化后的硫酸钙骨水泥受到孔的保护，在植入过程中不容易收到碰撞等脱落，植入后在应力环境中也不容易脱落。该方法制备的载硫酸钙骨水泥聚醚醚酮植入后可与骨形成良好的结合。
Claims (8)
1.一种表面多孔的医用聚醚醚酮，其特征在于，该医用聚醚醚酮表面设有直径或宽度为0.01-3mm，深度为0.01-5mm的孔。
2.根据权利要求1所述的表面多孔的医用聚醚醚酮，其特征在于，所述的聚醚醚酮的抗压屈服强度范围为50MPa-200MPa，弹性模量范围为1GPa-50GPa。
3.根据权利要求1所述的表面多孔的医用聚醚醚酮，其特征在于，所述的聚醚醚酮表面孔的分布、形状、深度、大小可根据需要调节。
4.根据权利要求1所述的表面多孔的医用聚醚醚酮，其特征在于，所述的聚醚醚酮中可根据需要添加纤维增强相或颗粒增强相，所述的纤维增强相选自碳纤维、氧化物晶须或生物玻璃纤维，所述的颗粒增强相选自生物玻璃颗粒、钽粉或羟基磷灰石粉。
5.一种如权利要求1所述的表面多孔的医用聚醚醚酮的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)通过铸造、挤压成型或粉末热压成型工艺制备聚醚醚酮；
(2)通过直接铸造、机械加工、激光打孔、激光刻蚀、等离子打孔或等离子刻蚀方法在聚醚醚酮表面造孔。
6.一种如权利要求1所述的表面多孔的医用聚醚醚酮的应用，其特征在于，根据需要在聚醚醚酮表面孔中载入药物。
7.根据权利要求6所述的表面多孔的医用聚醚醚酮的应用，其特征在于，所载药物包括生物相容性好的物质、预防术后感染的药物、促进骨细胞生长的元素，抗肿瘤的药物或生长因子；
所述的生物相容性好的物质包括钽粉、羟基磷灰石、硅酸钙、磷酸钙、硫酸钙；
所述的预防术后感染的药物包括银离子、硫酸庆大霉素、万古霉素；
所述的促进骨细胞生长的元素包括锶、锌、锂、钙。
8.根据权利要求6所述的表面多孔的医用聚醚醚酮的应用，其特征在于，药物通过激光熔覆、渗透法、包埋法、溶剂挥干法、熔融法或吸附平衡法载入。
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