CN114146218A - 一种多孔peek材料的人工骨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种多孔PEEK材料的人工骨及其制备方法。采用3D打印制备，能够根据个性化定制调整形状和孔径且具有整体的连通型多孔结构，制备的人工骨在外表面及孔内形成生物活性涂层，有利于植入体内后的血管长入和骨长入。多孔PEEK材料的人工骨能够与骨组织形成机械固锁结构，大大增强植入材料的长期稳定性。制备过程采用湿化学法使生物活性涂层能够均匀涂布于多孔PEEK材料的内外表面，使多孔PEEK内部也具有生物活性，能够诱导血管和骨长入，加快多孔PEEK材料在体内的整合速度。能够兼具机械支撑作用和骨诱导、骨整合的生物功能，满足植入物材料的力学需求和骨再生需求。

Description

一种多孔PEEK材料的人工骨及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种人工骨及其制备方法，特别涉及一种多孔PEEK材料的人工骨及其制备方法。
背景技术
聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone，PEEK)高分子材料具有优异的力学性能和生物相容性，其弹性模量仅为3.8Gpa，与骨组织相近，同时轻质、耐磨、抗疲劳和易评价，成为替代金属的重要植入材料。但PEEK材料表面疏水性强，骨整合能力差。目前提升PEEK材料骨整合能力有两个方向，一是通过表面涂层改变PEEK界面的固有性质，二是通过结构改性使PEEK多孔化，增大骨与PEEK植入物整体的结合强度。
下面分别介绍几种常用的PEEK材料改性方法：
1、通过注塑、零件加工的方法能够批量制备具有多孔结构的PEEK材料。但是注塑所需的模具设计制备复杂，周期长，成本高，且难以实现镂空结构。
2、通过熔融沉积成型3D打印能够实现多孔PEEK的精准制备和加工。其优点在于无模具制造复杂结构，而且能在宏观和微观尺度对结构进行精确设计，满足个性化需求。但3D打印技术不能改变PEEK材料本身的疏水性，多孔结构内部的骨长入缓慢，难以实现良好的材料骨整合。
3、浓硫酸磺化是PEEK表面改性的常用方法，该方法优点在于既可以使PEEK表面形成细微多孔结构，也能够提高材料的亲水性。但对多孔PEEK进行磺化腐蚀处理会降低材料的支撑强度，且残留的强酸难以去除。其产生的多孔结构难以贯通材料整体，无法形成血管联通，不利于内部骨长入。
4、喷砂、喷涂等方法也是PEEK表面改性的常用方法，该方法能够在PEEK表面形成亲水层，改变PEEK表面的物理化学性质，但这种物理喷涂的方法无法深入多孔PEEK内部，涂层不均匀。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种能够在内外表面形成生物活性涂层的多孔PEEK材料的人工骨及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)首先采用3D打印制备能够容纳血管和骨长入的具有整体连通型多孔结构的PEEK材料的人工骨；
2)先将多孔结构的PEEK材料的人工骨浸没在含有多巴胺的Tris缓冲液中，在多孔PEEK内外表面均匀制备聚多巴胺涂层，然后洗去未结合的多巴胺并在氮气中干燥；
3)将干燥后的多孔结构的PEEK材料的人工骨浸没在含有生物活性物质的Tris缓冲液中，使生物活性物质与多孔结构的PEEK材料的人工骨的聚多巴胺涂层均匀黏附，干燥后得到内外表面带有生物活性涂层3的多孔PEEK材料的人工骨。
所述步骤1)3D打印制备的多孔结构的PEEK材料的人工骨的孔径为200-800μm。
所述步骤2)含有多巴胺的Tris缓冲液中多巴胺的浓度为2mg/ml，Tris缓冲液的浓度为10mmol/L,并在溶液中加入盐酸调节pH值为8.5。
所述步骤2)在制备聚多巴胺涂层是在25℃避光条件下反应4h，反应终止后，将多孔结构的PEEK材料的人工骨取出，在超声清洗仪中利用去离子水清洗干净。
所述步骤3)的生物活性物质为生物活性金属离子和细胞活性因子。
所述生物活性金属离子的浓度不低于50mmol/L，细胞活性因子的浓度不低于50μg/L，Tris缓冲液的浓度为10mmol/L。
所述生物活性金属离子为镁、锶、钙、锌离子中的一种或多种混合物。
所述细胞活性因子为骨形成蛋白、血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子中的一种或多种混合物。
由于本发明采用3D打印制备，能够根据个性化定制调整形状和孔径且具有整体的连通型多孔结构，制备的人工骨在外表面及孔内形成生物活性涂层，有利于植入体内后的血管长入和骨长入。多孔PEEK材料的人工骨能够与骨组织形成机械固锁结构，大大增强植入材料的长期稳定性。制备过程采用湿化学法使生物活性涂层能够均匀涂布于多孔PEEK材料的内外表面，使多孔PEEK内部也具有生物活性，能够诱导血管和骨长入，加快多孔PEEK材料在体内的整合速度。能够兼具机械支撑作用和骨诱导、骨整合的生物功能，满足植入物材料的力学需求和骨再生需求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明制备方法如下：
1)首先采用3D打印制备能够容纳血管和骨长入的具有整体连通型多孔结构2的PEEK材料的人工骨1，本发明采用3D打印制备，能够根据个性化定制调整形状和孔径，多孔结构的PEEK材料的人工骨的孔径为200-800μm；
2)先将多孔结构的PEEK材料的人工骨浸没在含有多巴胺的Tris缓冲液中，在25℃避光条件下反应4h，反应终止后，将多孔结构的PEEK材料的人工骨取出，在超声清洗仪中利用去离子水清洗干净，在多孔PEEK内外表面得到均匀的聚多巴胺涂层，然后洗去未结合的多巴胺并在氮气中干燥(25℃左右)，其中含有多巴胺的Tris缓冲液中多巴胺的浓度为2mg/ml，Tris缓冲液的浓度为10mmol/L，并在溶液中加入盐酸调节pH值为8.5；
3)将干燥后的多孔结构的PEEK材料的人工骨浸没在含有生物活性金属离子和细胞活性因子的Tris缓冲液中，使生物活性物质与多孔结构的PEEK材料的人工骨的聚多巴胺涂层均匀黏附，干燥后得到内外表面带有生物活性涂层3的多孔PEEK材料的人工骨，其中生物活性金属离子为镁、锶、钙、锌离子中的一种或多种混合物，细胞活性因子为骨形成蛋白、血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子中的一种或多种混合物，生物活性金属离子的浓度不低于50mmol/L，细胞活性因子的浓度不低于50μg/L，Tris缓冲液的浓度为10mmol/L，
按照以上方法制备的多孔PEEK材料的人工骨包括孔径为200-800μm具有整体连通型多孔结构2的PEEK材料的人工骨1，且在该人工骨1外表面及孔内设置有生物活性涂层3。

Claims (10)

1.一种多孔PEEK材料的人工骨制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)首先采用3D打印制备能够容纳血管和骨长入的具有整体连通型多孔结构(2)的PEEK材料的人工骨(1)；
2)先将多孔结构的PEEK材料的人工骨浸没在含有多巴胺的Tris缓冲液中，在多孔PEEK内外表面均匀制备聚多巴胺涂层，然后洗去未结合的多巴胺并在氮气中25℃干燥；
3)将干燥后的多孔结构的PEEK材料的人工骨浸没在含有生物活性物质的Tris缓冲液中，使生物活性物质与多孔结构的PEEK材料的人工骨的聚多巴胺涂层均匀黏附，干燥后得到内外表面带有生物活性涂层(3)的多孔PEEK材料的人工骨。
2.根据权利要求1所述的多孔PEEK材料的人工骨制备方法，其特征在于：所述步骤1)3D打印制备的多孔结构的PEEK材料的人工骨的孔径为200-800μm。
3.根据权利要求1所述的多孔PEEK材料的人工骨制备方法，其特征在于：所述步骤2)含有多巴胺的Tris缓冲液中多巴胺的浓度为2mg/ml，Tris缓冲液的浓度为10mmol/L,并在溶液中加入盐酸调节pH值为8.5。
4.根据权利要求1所述的多孔PEEK材料的人工骨制备方法，其特征在于：所述步骤2)在制备聚多巴胺涂层是在25℃避光条件下反应4h，反应终止后，将多孔结构的PEEK材料的人工骨取出，在超声清洗仪中利用去离子水清洗干净。
5.根据权利要求1所述的多孔PEEK材料的人工骨制备方法，其特征在于：所述步骤3)的生物活性物质为生物活性金属离子和细胞活性因子。
6.根据权利要求5所述的多孔PEEK材料的人工骨制备方法，其特征在于：所述生物活性金属离子的浓度不低于50mmol/L，细胞活性因子的浓度不低于50μg/L，Tris缓冲液的浓度为10mmol/L。
7.根据权利要求5所述的多孔PEEK材料的人工骨制备方法，其特征在于：所述生物活性金属离子为镁、锶、钙、锌离子中的一种或多种混合物。
8.根据权利要求5所述的多孔PEEK材料的人工骨制备方法，其特征在于：所述细胞活性因子为骨形成蛋白、血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子中的一种或多种混合物。
9.根据权利要求1-8中任意一项制备方法制成的多孔PEEK材料的人工骨，其特征在于：包括具有整体连通型多孔结构(2)的PEEK材料的人工骨(1)，且在该人工骨(1)外表面及孔内设置有生物活性涂层(3)。
10.根据权利要求9所述的多孔PEEK材料的人工骨，其特征在于：所述的PEEK材料的人工骨的孔径为200-800μm。
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