CN114642770A - 一种植入复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚醚醚酮复合材料的技术领域，具体涉及一种植入复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种植入复合材料，制备原料包括聚醚醚酮和钽，所述钽的质量为聚醚醚酮质量的5～15％。本发明通过上述用量的聚醚醚酮和钽复合，使得植入复合材料在不丢失力学强度的基础上，在骨诱导方面能达到最优化，并且不影响纯聚醚醚酮的射线透过性能。

Description

一种植入复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及聚醚醚酮复合材料的技术领域，具体涉及一种植入复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
良好生物活性的脊柱外科植入物，其构成材料必须在骨与材料的界面处引发特定的生物反应，从而促进骨组织与材料之间形成结合。人们在研究及使用中逐渐发现，有时需要添加其他材料对内植物进行改性才能使椎间融合器实现更好的骨性融合。通过各种形式的改性使椎间植入物拥有更加良好的骨整合能力，这将非常有助于更好地形成牢固的椎间融合，并通过避免应力遮挡效应、限制内植物下沉及避免其他相关并发症来改善植入物的性能。
目前椎间融合器或者骨缺损的内植物改性材料以钛合金或者纯聚醚醚酮材料为主，钛合金弹性模量与骨的差别很大，而且不透射线，术后复查拍片有影响；聚醚醚酮材料弹性模量接近骨，但是生物惰性，骨诱导能力弱。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于一种植入复合材料及其制备方法和应用，充分利用聚醚醚酮的力学性能、弹性模量及射线不透过性能，以及钽金属的骨诱导优势。因此本发明所述的植入复合材料具有优异的骨诱导能力，而且不影响纯聚醚醚酮射线透过性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种植入复合材料，制备原料包括聚醚醚酮和钽；
所述钽的质量为聚醚醚酮质量的5～15％。
本发明还提供了上述所述的植入复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚醚酮和钽依次进行混合、模压和破碎，得到进样料；
将所述进样料依次进行熔融和挤出，得到未固化线材；
将所述未固化线材进行固化，得到固化线材；
将所述固化线材进行3D打印，得到所述植入复合材料。
优选地，所述聚醚醚酮的粒径为25～100μm。
优选地，所述钽的粒径为5～10μm。
优选地，所述混合的方式为搅拌，所述搅拌的转速为1000～3000rpm，时间为5～15min。
优选地，所述熔融的温度为380～400℃，时间为12～18h。
优选地，所述挤出的温度为340～400℃，时间为10～15min。
优选地，所述3D打印的参数包括：打印头温度为400～450℃，平台温度为100～120℃，机箱温度为80～90℃。
本发明还提供了一种多孔椎间融合器，所述多孔椎间融合器的材质为上述所述的植入复合材料；所述多孔椎间融合器为格栅结构，所述多孔椎间融合器的长为15mm；宽为13mm；高为6mm；所述多孔椎间融合器的孔隙率50～80％。
本发明提供了一种植入复合材料，制备原料包括聚醚醚酮和钽；所述钽的质量为聚醚醚酮质量的5～15％。钽金属的骨诱导性较强，聚醚醚酮的弹性模量接近骨，具有良好的力学性能。本发明将钽金属和聚醚醚酮复合，同时限定了钽金属和聚醚醚酮的用量，使得聚醚醚酮和钽金属的复合材料在不丢失力学强度的基础上，在骨诱导方面能达到最优化。而且，本发明通过将钽金属和聚醚醚酮的用量限定在上述范围内，钽金属的存在并不影响纯聚醚醚酮射线透过性能。
本发明还提供了上述所述的植入复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚醚醚酮和钽依次进行混合、模压和破碎，得到进样料；将所述进样料依次进行熔融和挤出，得到未固化线材；将所述未固化线材进行固化，得到固化线材；将所述固化线材进行3D打印，得到所述植入复合材料。本发明聚醚醚酮和钽经过混合、模压、破碎后，得到进样料，然后经熔融和挤出，可见本发明通过多次混合，使得聚醚醚酮和钽能够更加均匀地融合在一起，进而使得钽能够更加均匀地分布在聚醚醚酮中，进而使得制备得到的植入复合材料具有良好的骨诱导能力，同时不会影响纯聚醚醚酮的力学性能和射线透过性能。
附图说明
图1为实施例1制备得到的多孔椎间融合器的成型图；
图2为实施例1～2和对比例1所得的植入复合材料的压力-形变率测试图；
图3为实施例1～2和对比例1所得的植入复合材料的差式扫描量热仪测试图；
图4为实施例1～2和对比例1所得的植入复合材料的表面能性能测试图。
具体实施方式
本发明提供了一种植入复合材料，制备原料包括聚醚醚酮和钽；
本发明中，所述钽的质量为聚醚醚酮质量的5～15％，进一步优选为5％或15％。
本发明还提供了上述所述植入复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚醚酮和钽依次进行混合、模压和破碎，得到进样料；
将所述进样料依次进行熔融和挤出，得到未固化线材；
将所述未固化线材进行固化，得到固化线材；
将所述固化线材进行3D打印，得到所述植入复合材料。
本发明将聚醚醚酮和钽依次进行混合、模压和破碎，得到进样料。
本发明中，所述聚醚醚酮的粒径优选为25～100μm，进一步优选为50～80μm；本发明中，所述钽的粒径优选为5～10μm，进一步优选为8～10μm。
本发明中，所述混合的方式优选为搅拌，所述搅拌的转速优选为1000～3000rpm，进一步优选为2000～3000rpm；所述混合的时间优选为5～15min，进一步优选为10～15min。
本发明实施例中优选将混合所得物料模压至31cm×26cm×2.5cm的大小。本发明对所述破碎不作具体限定，采用本领域技术人员熟知的操作将所述模压后所得物料破碎为粒径为3～8mm的颗粒即可。
得到进样料后，本发明将所述进样料依次进行熔融和挤出，得到未固化线材。
本发明中，所述熔融的温度优选为380～400℃，进一步优选为390～400℃；时间优选为12～18h，进一步优选为15～16h。
本发明中，所述挤出的温度优选为340～400℃，进一步优选为350～380℃；时间为5～15min，进一步优选为10～15min。
得到未固化线材后，本发明将所述未固化线材进行固化，得到固化线材。
本发明中，所述固化的温度优选为20～30℃，进一步优选为20～25℃；本发明中，所述固化的时间优选为0.5～1min，进一步优选为0.8～1min。
所述固化后，本发明优选还包括将得到的线材依次进行牵引和收卷；本发明中，所述牵引的速度优选为0.2～2m/min，进一步优选为0.5～1.5m/min。
得到固化线材后，本发明将所述固化线材进行3D打印。
本发明中，所述3D打印优选在3D打印机中进行。本发明中，所述3D打印的参数包括：打印头温度优选为400～450℃，进一步优选为420℃；平台温度优选为100～120℃，进一步优选为120℃；机箱温度优选为80～90℃，进一步优选为90℃。
本发明还提供了一种多孔椎间融合器；所述多孔椎间融合器的材质为上述所述的植入复合材料，所述多孔椎间融合器为格栅结构；所述多孔椎间融合器的长优选为15mm；宽优选为13mm；高优选为6mm；所述多孔椎间融合器的孔隙率优选50～80％，进一步优选为60～80％。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将100g粒径为100um的聚醚醚酮和5g粒径为10um的钽在转速为2000rpm的条件下进行搅拌10min，然后将所得混合料模压成尺寸为31cm×26cm×2.5cm的块状材料，再将块状材料破碎成粒径为3～8mm的颗粒，得到进样料；
将上述所得进样料在390℃下进行熔融15h，熔融后所得物料在350℃下进行挤出，得到未固化线材；
将所述未固化线材在25℃的条件下进行固化1min，得到固化线材；
将所述固化线材进行3D打印，3D打印的参数包括：打印头温度为420℃，平台温度为120℃，机箱温度为90℃，得到植入复合材料。
本发明在上述3D打印条件下将固化线材进行3D打印成型，得到多孔椎间融合器，图1为制备得到的多孔椎间融合器的成型图，从图1可以看出，所述多孔椎间融合器属于多孔多面结构，在力学上、在骨诱导机制的蛋白和细胞黏附方面，都提供了很好的优势。而且多孔利于细胞和蛋白进入，利于营养物质输送，弧面结构利于拱形力学支撑，梯度多孔多面结构变化利于初期大的蛋白细胞进入以及后期细胞堆积分化，提高了骨诱导融合能力。
实施例2
与实施例1的区别仅仅在于将钽的质量替换为15g。
对比例1
与实施例1的区别仅仅在于不添加钽。
本发明还对实施例1～2和对比例1所得的植入复合材料的力学性能(压力-形变率)进行了测试，测试仪器为ZwickZ010，测试结果见图2，从图2可知：随着钽金属复合比例增高，压力-形变率没有明显变化：6000N测试压力下，以75％形变为界限，在达到75％形变之前之后，三类结构压力形变曲线基本一致，也就是说，聚醚醚酮和钽复合材料与纯聚醚醚酮相比，其力学属性没有发生折损。
本发明还对实施例1～2和对比例1所得的植入复合材料进行了差式扫描量热仪测试，测试结果见图3，从图3可知，与纯聚醚醚酮相比，聚醚醚酮和钽复合材料的热力学稳定。
本发明还对实施例1～2和对比例1所得的植入复合材料进行了表面能性能测试，测试结果见图4，从图4可知，聚醚醚酮和钽复合材料的表面能优于纯聚醚醚酮。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种植入复合材料，其特征在于，制备原料包括聚醚醚酮和钽；
所述钽的质量为聚醚醚酮质量的5～15％。
2.权利要求1所述的植入复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚醚醚酮和钽依次进行混合、模压和破碎，得到进样料；
将所述进样料依次进行熔融和挤出，得到未固化线材；
将所述未固化线材进行固化，得到固化线材；
将所述固化线材进行3D打印，得到所述植入复合材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚醚醚酮的粒径为25～100μm。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述钽的粒径为5～10μm。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述混合为搅拌混合，所述搅拌的转速为1000～3000rpm，时间为5～15min。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述熔融的温度为380～400℃，时间为12～18h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述挤出的温度为340～400℃，时间为10～15min。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印参数包括：打印头温度为400～450℃，平台温度为100～120℃，机箱温度为80～90℃。
9.一种多孔椎间融合器，其特征在于，所述多孔椎间融合器的材质为权利要求1所述的植入复合材料；所述多孔椎间融合器为格栅结构，所述多孔椎间融合器的长为15mm；宽为13mm；高为6mm；所述多孔椎间融合器的孔隙率50～80％。
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