CN109485896A - 一种改性聚醚醚酮的制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗技术领域，尤其是一种改性聚醚醚酮的制备方法和用途。本发明的一种改性聚醚醚酮的制备方法通过磺化后硝化在PEEK表面形成孔径大小200nm‑300nm的单层孔状结构，纳米、亚微米级的材料表面形貌作为内在生物信息促进成骨细胞的粘附从而有利于新骨的生成；引入新基团SO3H基团和NO2基团与苯环直接相连，这些基团具有诱导和共轭效应，苯环上的π电子云被转移到基团上，芳烃的主链具有正电荷，支链基团具有负电荷，当植入体进入体内时血液中的水分子、蛋白、钙离子或磷离子首先吸附到材料表面，而带负电荷的材料表面更容易促使钙离子、磷离子及带正电荷的蛋白吸附于材料表面，有利于血小板的粘附加速纤维蛋白凝块的形成及内容物的释放。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，尤其是一种改性聚醚醚酮的制备方法和用途。
背景技术
快速愈合以及稳定的生物安全性是选择植入材料的首要标准。传统的生物材料如钛及钛合金等具有优良的耐腐蚀性，较高的机械强度及较好的生物相容性，但是这类材料弹性模量较高，与人体骨骼应力匹配不足，不耐体液微腐蚀进而释放金属离子，引发细胞毒性反应的发生。目前尚未出现较好地替代材料。
聚醚醚酮(PEEK)作为传统植入材料的替代品已在口腔科和骨科领域引起了广泛关注。PEEK具有优良的力学性能，其弹性、刚度、抗拉强度、抗变形等均在适宜范围内，可与人体骨共存，PEEK的化学稳定性较好，可避免因体液酸碱腐蚀而发生降解，另外，PEEK(4-5Gpa)的弹性模量与人皮质骨(18Gpa)较为接近，避免应力遮蔽反应的发生。因此PEEK广泛应用于脊柱融合术、关节置换术，同时也逐渐成为口腔医学领域的一种新兴潜在的植入材料。
然而，由于PEEK材料的生物惰性以及成骨能力不佳限制了其在口腔领域的应用。如何提高植入体与周围自然骨组织的整合能力，使材料表面改性既可保留基底材料大部分的优势性能，又可构建生物活性涂层。是本领域技术人员亟待解决的技术问题。目前解决这一问题最主要的方法是材料表面改性。孔隙结构尤其是纳米级孔隙可为材料表面细胞提供一个有利的局部微环境，改善细胞/骨-种植体之间的相互作用。为了获得PEEK表面孔隙结构，部分研究通过熔融挤出技术获得微米级孔隙结构，研究证明微米孔PEEK材料的成骨活性明显提高同时也保持了材料承重结构的完整性；另一些研究通过磺化作用获得复杂的三维网状孔隙结构的PEEK表面，研究发现处理后材料表面的生物活性明显提高。然而，部分学者发现较大较复杂的孔隙结构可能会导致深层孔隙内细胞缺乏氧气及营养物质的缺乏，促使不良反应的发生，而较小的孔隙结构可避免这一反应的发生。PEEK的化学结构较稳定，在没有其他表面活性物质如钛、钽、羟基磷灰石等加入时，较难在PEEK表面形成形孔隙结构，尤其是单层的孔隙结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性聚醚醚酮的制备方法和用途，克服前述现有技术的不足，制得的聚醚醚酮表面形成直径约为200-300纳米大小的单层纳米孔状结构。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种改性聚醚醚酮的制备方法，包括如下步骤：
(1)将医用级的聚醚醚酮材料制成10mm×10mm×1.0mm/15mm×15mm×1.0mm的方形试件或直径为2mm×5mm的柱状试件，依次用600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#、3000#、5000#、7000#的SiC砂纸逐级打磨、抛光；
(2)将步骤(1)中打磨、抛光后的试件依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗10min，用烘干仪干燥10-15min，自然将至室温；
(3)将步骤(2)中干燥后自然降至室温的试件放入采用磁力搅拌器搅拌的浓硫酸中反应5-8min，得到磺化的聚醚醚酮SP试件；
(4)将步骤(3)中磺化的聚醚醚酮SP试件取出放入硝酸中，于16℃下反应50s，得到磺化后硝化的聚醚醚酮试件NP；
(5)将步骤(4)中制得的聚醚醚酮NP试件放入去离子水中浸泡5min，然后再将其放入100℃下的水中，水浴浸泡4h，即得改性聚醚醚酮；
上述步骤中聚醚醚酮改性过程的反应方程如下：
优选的，所述步骤(1)中依次用600#SiC砂纸打磨30s、800#SiC砂纸打磨50s、1000#SiC砂纸打磨70s、1200#SiC砂纸打磨90s、1500#SiC砂纸打磨110s、2000#SiC砂纸打磨130s、3000#SiC砂纸打磨150s、5000#SiC砂纸打磨170s、7000#的SiC砂纸打磨190s。
优选的，所述步骤(2)中丙酮、无水乙醇、去离子的用量均为每个试件1ml。
优选的，所述步骤(3)中浓硫酸的浓度为95-98％，浓硫酸用量为20ml。
优选的，所述步骤(4)中硝酸的浓度为78-84％，硝酸的用量为20ml。
一种改性聚醚醚酮的制备方法制得的改性聚醚醚酮在口腔科和骨科植入材料领域的用途。
本发明通过磺化后硝化在PEEK表面形成孔径大小200nm-300nm的单层孔状结构，孔隙结构可以提高种植体与骨之间生物锁合作用，改善骨/种植体界面，对加速骨愈合、提高植入体的初期稳定性有重要意义。PEEK作为优质的骨植入材料，孔隙结构可加速骨愈合提高其生物性能。
本发明改性过程中PEEK材料产生不同的表面形貌：最初PEEK相对较光滑的材料表面、磺化后硝化制得的NP试件的单层纳米孔隙结构的材料表面。孔隙结构可增加材料比表面积，增大材料总表面积，有利于蛋白质及细胞的粘附。纳米、亚微米级的材料表面形貌可作为内在生物信息促进成骨细胞的粘附从而有利于新骨的生成。这种结构与体内环境较为相似，促进细胞生物功能活性。
本发明制得的改性聚醚醚酮的硝基以及磺酸基团位于PEEK主链之中，未见明显的细胞毒性反应的发生。引入新基团SO3H基团和NO2基团与苯环直接相连，这些基团具有诱导和共轭效应，苯环上的π电子云被转移到基团上，芳烃的主链具有正电荷，支链基团具有负电荷。骨整合的过程涉及复杂的事件序列，当植入体进入体内时血液中的水分子、蛋白、钙离子或磷离子首先吸附到材料表面，而带负电荷的材料表面更容易促使钙离子、磷离子及带正电荷的蛋白吸附于材料表面，从而有利于血小板的粘附加速纤维蛋白凝块的形成及内容物的释放。而纤维蛋白凝块是一个不成熟的孔网状结构，可促使细胞向植入体表面迁移。纤维蛋白凝块网孔状结构建立牢固后，骨重建即开始发生，破骨细胞的吸收和新骨的生成。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种改性聚醚醚酮的制备方法过程简单，通过磺化后硝化在PEEK表面形成孔径大小200nm-300nm的单层孔状结构，孔隙结构可增加材料比表面积，增大材料总表面积，有利于蛋白质及细胞的粘附；纳米、亚微米级的材料表面形貌可作为内在生物信息促进成骨细胞的粘附从而有利于新骨的生成；引入新基团SO3H基团和NO2基团与苯环直接相连，这些基团具有诱导和共轭效应，苯环上的π电子云被转移到基团上，芳烃的主链具有正电荷，支链基团具有负电荷，当植入体进入体内时血液中的水分子、蛋白、钙离子或磷离子首先吸附到材料表面，而带负电荷的材料表面更容易促使钙离子、磷离子及带正电荷的蛋白吸附于材料表面，有利于血小板的粘附加速纤维蛋白凝块的形成及内容物的释放；本发明制得的改性聚醚醚酮能够应用于口腔种植领域。
附图说明
图1为本发明SEM下PEEK和NP组材料表面形貌图；
图2为本发明AFM下PEEK和NP组材料表面三维形貌图；
图3为本发明接触角测量仪对PEEK和NP组材料的亲疏水性进行表征结果图；
图4为本发明PEEK和NP组材料的傅立叶变换红外光谱图；
图5为本发明bmscs培养1，4，7，14d增殖检测图；
图6为本发明SEM下bmscs培养4h的形貌图；
图7为本发明bmscs培养4h后DAPI染色图；
图8为本发明bmscs培养4h后DAPI染色定量图；
图9为本发明CLSM下bmscs培养2h、4h、24h图；
图10为本发明bmscs培养2.4h后Vinculin蛋白表达图；
图11为本发明bmscs培养7d、14d碱性磷酸酶染色图；
图12为本发明bmscs培养7d、14d碱性磷酸酶染色染色定量图；
图13为本发明bmscs培养21d茜素红染色图；
图14为本发明bmscs培养21d茜素红染色定量图；
图15为本发明bmscs培养7，14d相关成骨基因的表达检测图；
图16为本发明bmscs培养7，14d相关成骨蛋白的表达图；
图17为本发明MicroCT大鼠体内不同植入体周围新生骨体积图；
图18为本发明大鼠体内不同植入体周围新生骨硬组织切片图；
具体实施方式
实施例1一种改性聚醚醚酮的制备方法
一种改性聚醚醚酮的制备方法，包括如下步骤：
(1)将医用级的聚醚醚酮材料制成10mm×10mm×1.0mm/15mm×15mm×1.0mm的方形试件或直径为2mm×5mm的柱状试件，依次用600#SiC砂纸打磨30s、800#SiC砂纸打磨50s、1000#SiC砂纸打磨70s、1200#SiC砂纸打磨90s、1500#SiC砂纸打磨110s、2000#SiC砂纸打磨130s、3000#SiC砂纸打磨150s、5000#SiC砂纸打磨170s、7000#的SiC砂纸打磨190s，抛光；
(2)将步骤(1)中打磨、抛光后的试件依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗10min，丙酮、无水乙醇、去离子的用量均为每个试件1ml，清洗完成后用烘干仪干燥10-15min，自然将至室温；
(3)将步骤(2)中干燥后自然降至室温的试件放入采用磁力搅拌器搅拌的浓硫酸中反应5-8min，浓硫酸的浓度为95-98％，浓硫酸用量为20ml，得到磺化的聚醚醚酮SP试件；
(4)将步骤(3)中磺化的聚醚醚酮SP试件取出放入硝酸中，于16℃下反应50s，硝酸的浓度为78-84％，硝酸的用量为20ml，得到磺化后硝化的聚醚醚酮试件NP；
(1)将步骤(4)中制得的聚醚醚酮NP试件放入去离子水中浸泡5min，然后再将其放入100℃下的水中，水浴浸泡4h，即得改性聚醚醚酮。
实验例1材料表征
将原始的PEEK材料与实施例1中制得的NP材料分为两组，分别为：对照组(PEEK)、磺化后硝化组(NP)，利用场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、能谱仪、接触角测量仪以及傅里叶红外仪对PEEK组和NP组实验材料进行表征，通过场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜观察磺化、硝化处理前后的材料表面形貌结构，imageJ检测材料表面孔隙大小；利能谱仪进行材料表面元素分布进行表征；通过接触角测量仪对材料的亲疏水性进行表征；利用傅里叶红外仪对材料新引入的官能团进行表征。
场发射扫描电子显微镜下PEEK和NP组材料表面形貌如图1所示，从图中可以看出，PEEK组材料表面相对光滑，imageJ检测后发现硝化处理的NP组材料表面具有孔隙大小为200nm-300nm之间的单层孔状结构，孔隙结构可增加材料比表面积，增大材料总表面积，有利于蛋白质及细胞的粘附，纳米、亚微米级的材料表面形貌可作为内在生物信息促进成骨细胞的粘附从而有利于新骨的生成。
原子力显微镜下PEEK和NP组材料表面三维形貌如图2所示，从图中可以看出，PEEK组表面光滑粗糙度较小；NP组表面孔隙较小有规则，较粗糙。
接触角测量仪对PEEK和NP组材料的亲疏水性进行表征结果如图3所示，从图中可以看出，处理前后材料表面水接触角PEEK材料亲水性最佳，处理后的材料表面亲水性减弱。
傅立叶变换红外光谱如图4所示，从图中可以看出处理前后材料表面官能团的变化，NP组除与PEEK组相似的C＝O以及C-O-C等基团外，在1255cm-1波长处有O＝S＝O基团的红外特征吸收峰；在1050cm-1波长处有S＝O基团的红外特征吸收峰，NP组在1350cm-1和1500cm-1波长处有NO2基团的红外特征吸收峰，该结果可看出经磺化和硝化后PEEK(即NP)主链中引入磺酸及硝酸基团。
实验例2体外细胞实验
将原始的PEEK材料与实施例1中制得的NP材料分为两组，分别为：对照组(PEEK)、磺化后硝化组(NP)，在体外细胞实验中，采用DAPI染色、黏着斑蛋白(vinculin)染色、CCK-8检测、碱性磷酸酶(ALP)染色、茜素红(ARS)定性定量检测等实验方法，分别研究了各组材料表面形貌对骨髓间充质干细胞(BMSCs)早期粘附、细胞形态、增殖、矿化等生物行为的影响。
bmscs培养1，4，7，14d增殖检测如图5所示，SEM下bmscs培养4h的形貌如图6所示，bmscs培养4h后DAPI染色图如图7所示，bmscs培养4h后DAPI染色图如图8所示，CLSM下bmscs培养2h、4h、24h如图9所示，bmscs培养2.4h后Vinculin蛋白表达如图10所示，bmscs培养7d、14d碱性磷酸酶染色图如图11所示，bmscs培养7d、14d碱性磷酸酶染色染色定量如图12所示，bmscs培养21d茜素红染色图如图13所示，bmscs培养21d茜素红染色定量如图14所示。
由上图可以看出，细胞实验结果显示，NP组表面BMSCs早期粘附数量显著多于PEEK组(P<0.05)；PEEK组表面部分BMSCs呈球形未完全铺展，伪足数量较少；NP组BMSCs铺展较好，呈多角形或星形，伪足丰富，NP组表面细胞粘附更为紧密。在激光共聚焦显微镜下，2h时可观察到PEEK组表面细胞骨架及黏着斑蛋白未发育完全，NP组细胞微丝及应力纤维均已发育完全，黏着斑蛋白也相对清晰；4h时，各组细胞骨架均发育良好，NP组观察到双核细胞的出现，PEEK组细胞体积较小，细胞铺展不足；24h时，NP组与PEEK组相比细胞数量明显增多，形貌更类似成骨细胞。CCK-8结果提示4、7、14天NP较PEEK组细胞的增殖量显著增加(P<0.05)。ALP染色结果提示：7天和14天时，NP组ALP染色最深，呈蓝黑色；PEEK组染色浅；ALP定量结果与颜色结果一直(P<0.05)。茜素红染色(ECM)结果提示：NP组与PEEK组相比材料表面矿化结节明显且数量增多；ECM定量结果与颜色结果一致(P<0.05)。
实验例3分子实验
将原始的PEEK材料与实施例1中制得的NP材料分为两组，分别为：对照组(PEEK)、磺化后硝化组(NP)，研究了各组材料表面形貌在对骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的影响，利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)或Western blot技术对ALP、骨桥蛋白(OPN)、Ⅰ型胶原蛋白(COL-1)、骨形态发生蛋白-2(BMP-2)及转录因子RUNX2的表达进行检测。
其中，bmscs培养7，14d相关成骨基因的表达检测如图15所示,bmscs培养7，14d相关成骨蛋白的表达如图16所示，分子实验结果显示，qRT-PCR结果显示7天时，处理组与PEEK组相比ALP、RUNX2的表达量均显著增高，差异有统计学意义(均P<0.05)；14天时，处理组与PEEK组相比ALP、RUNX2的表达量略增高，OPN、Col-1表达量显著增高(P<0.05)。Westernblot结果提示：7天、14天PEEK组RUNX2、OPN、BMP-2蛋白表达量均低于处理组。
实验例4体内实验
将原始的PEEK材料与实施例1中制得的NP材料分为两组，分别为：对照组(PEEK)、磺化后硝化组(NP)，在体内试验中，将处理前后PEEK棒植入到大鼠股骨内，观察处理前后PEEK棒在体内的成骨性能。
其中，MicroCT大鼠体内不同植入体周围新生骨体积如图17所示，大鼠体内不同植入体周围新生骨硬组织切片如图18所示。
由上图可以看出：MicroCT结果提示NP组与PEEK组相比在植入后4周的骨体积增加了约17.61％。8周时NP与PEEK组相比骨体积增加约44％。硬组织切片结果提示在8周时，一些骨与PEEK直接接触；然而，骨和植入物之间有明显的间隙。NP组样品显示直接骨植入结合，同时植入物周围有较厚的新骨包绕。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。
Claims (6)
1.一种改性聚醚醚酮的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将医用级的聚醚醚酮材料制成10mm×10mm×1.0mm/15mm×15mm×1.0mm的方形试件或直径为2mm×5mm的柱状试件，依次用600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#、3000#、5000#、7000#的SiC砂纸逐级打磨、抛光；
(2)将步骤(1)中打磨、抛光后的试件依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗10min，用烘干仪干燥10-15min，自然将至室温；
(3)将步骤(2)中干燥后自然降至室温的试件放入采用磁力搅拌器搅拌的浓硫酸中反应5-8min，得到磺化的聚醚醚酮SP试件；
(4)将步骤(3)中磺化的聚醚醚酮SP试件取出放入硝酸中，于16℃下反应50s，得到磺化后硝化的聚醚醚酮试件NP；
(5)将步骤(4)中制得的聚醚醚酮NP试件放入去离子水中浸泡5min，然后再将其放入100℃下的水中，水浴浸泡4h，即得改性聚醚醚酮；
上述步骤中聚醚醚酮改性过程的反应方程如下：
2.如权利要求1所述的一种改性聚醚醚酮的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中依次用600#SiC砂纸打磨30s、800#SiC砂纸打磨50s、1000#SiC砂纸打磨70s、1200#SiC砂纸打磨90s、1500#SiC砂纸打磨110s、2000#SiC砂纸打磨130s、3000#SiC砂纸打磨150s、5000#SiC砂纸打磨170s、7000#的SiC砂纸打磨190s。
3.如权利要求1所述的一种改性聚醚醚酮的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中丙酮、无水乙醇、去离子的用量均为每个试件1ml。
4.如权利要求1所述的一种改性聚醚醚酮的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中浓硫酸的浓度为95-98％，浓硫酸用量为20ml。
5.如权利要求1所述的一种改性聚醚醚酮的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中硝酸的浓度为78-84％，硝酸的用量为20ml。
6.如权利要求1-5任一所述的一种改性聚醚醚酮的制备方法制得的改性聚醚醚酮在口腔科和骨科植入材料领域的用途。
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|---|---|
| CN (1) | CN109485896A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113527749A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-22 | 山东大学 | 一种在聚醚醚酮表面制备多尺度多孔结构的方法 |
| CN113633438A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-12 | 宁波慈北医疗器械有限公司 | 一种表面改性人工颅骨修复体的制作方法 |
| CN113750290A (zh) * | 2020-06-03 | 2021-12-07 | 深圳先进技术研究院 | 聚醚醚酮复合植入物及其制备方法和应用 |
| CN113769165A (zh) * | 2021-10-27 | 2021-12-10 | 广东工业大学 | 一种磺化聚醚醚酮基骨修复复合材料 |
| CN115382017A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-11-25 | 兰州大学 | 一种可载药的新型3d打印聚醚醚酮种植体及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104497344A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种对聚醚醚酮表面进行改性的方法 |
| US20160053042A1 (en) * | 2012-12-26 | 2016-02-25 | Universidad Del Pais Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea | Modified Polyaryletherketone Polymer (Paek) and Process To Obtain It |
-
2018
- 2018-11-13 CN CN201811345142.6A patent/CN109485896A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160053042A1 (en) * | 2012-12-26 | 2016-02-25 | Universidad Del Pais Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea | Modified Polyaryletherketone Polymer (Paek) and Process To Obtain It |
| CN104497344A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种对聚醚醚酮表面进行改性的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李艳华: "聚醚醚酮表面亚微米结构对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 医药卫生科技辑》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113750290A (zh) * | 2020-06-03 | 2021-12-07 | 深圳先进技术研究院 | 聚醚醚酮复合植入物及其制备方法和应用 |
| WO2021243979A1 (zh) * | 2020-06-03 | 2021-12-09 | 深圳先进技术研究院 | 聚醚醚酮复合植入物及其制备方法和应用 |
| CN113527749A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-22 | 山东大学 | 一种在聚醚醚酮表面制备多尺度多孔结构的方法 |
| CN113527749B (zh) * | 2021-07-15 | 2022-08-02 | 山东大学 | 一种在聚醚醚酮表面制备多尺度多孔结构的方法 |
| CN113633438A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-12 | 宁波慈北医疗器械有限公司 | 一种表面改性人工颅骨修复体的制作方法 |
| CN113769165A (zh) * | 2021-10-27 | 2021-12-10 | 广东工业大学 | 一种磺化聚醚醚酮基骨修复复合材料 |
| CN115382017A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-11-25 | 兰州大学 | 一种可载药的新型3d打印聚醚醚酮种植体及其制备方法 |
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