[发明专利]生物固定型仿生关节及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医用复合材料技术领域，特别是用作关节损伤或置换的人工植入材料。具体是指一种梯度纳米羟基磷灰石/聚醚醚酮仿生关节的制备方法。

背景技术

传统的关节置换材料如钛合金、不锈钢、钴铬钼合金与自然骨之间存在模量不匹配而产生应力遮挡作用，最终导致假体材料的无菌松动。另一方面，人工关节的固定方法由传统的骨水泥固定渐渐转变为生物固定。生物固定型假体的远期稳定性主要依靠骨-假体界面骨长入达到机械锁定。然而，由于假体表面骨长入的范围和程度主要依赖假体材料表面的生物活性，目前使用的生物固定型假体长期随访发现仍有较高的无菌松动率，因而使其应用受到一定的限制。因此，如何提高假体表面骨组织长入、增加假体与周围骨床的结合力和结合范围、从而使其达到长期稳定，成为生物固定型人工关节假体迫切需要解决的关键问题。

研究表明，聚醚醚酮(PEEK)具有与自然骨相似的优良生物力学性能和生物相容性，可有效避免传统人工关节所带来的应力遮挡效应。PEEK作为生物医用材料已在整形外科、椎间盘融合器和接骨板等医学领域得到广泛应用。虽然PEEK具有良好的生物相容性，但缺乏生物活性，从而难以实现生物型固定。为了有效提高PEEK的表面活性，从而提高其在体内与自然骨的生物固定性能，众多学者分别采用表面涂层、等离子辐照处理、添加生物活性陶瓷等表面活性化技术对PEEK进行表面活性化处理。

虽然以上技术在一定程度都能实现PEEK生物材料的表面活性，但也存在一定的缺陷：等离子喷涂的温度较高，在进行等离子喷涂工艺处理的同时也将使PEEK基体材料的力学性能恶化。此外，等离子体喷涂制备的涂层与PEEK基体间的结合强度有待进一步提高；等离子辐照处理对环境气氛要求非常苛刻，难以掌控；PEEK作为人工关节材料使用时其力学性能有待进一步优化，虽然表面涂层和等离子处理均能提高PEEK的表面活性，但难以提高PEEK的力学性能；添加纳米相生物活性陶瓷实现PEEK的表面活性化与材料力学性能的改善存在相互矛盾。众所周知，纳米粒子具有较高的表面能和活化能，当复合材料中纳米羟基磷灰石粒子含量过高时，复合材料中的纳米粒子易于团聚，此时，复合材料的力学性能不仅难以提高反而下降。另一方面，当复合材料中纳米生物活性陶瓷含量过低时，植入体同自然骨界面的固定性能和复合材料的力学性能改善不显著。因此，如何实现植入材料的生物力学性能和生物固定性能之间良好的统一，目前在国内外均未得到很好的解决。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术中所存在的缺陷，提供一种生物固定型仿生关节及其制备方法，是一种梯度生物活性纳米羟基磷灰石增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，使具有生物活性的纳米羟基磷灰石在复合材料沿径向呈梯度分布。通过本发明方法达到增强人工关节材料表面生物活性，同时改善力学性能的目的，实现生物固定型人工关节假体的远期稳定性和力学匹配性，从根本上解决人工关节假体的生物力学和生物固定性能之间的矛盾，提高关节假体的使用寿命。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明生物固定型仿生关节材料的特点是所述材料是具有梯度结构的纳米羟基磷灰石和聚醚醚酮复合材料，所述梯度结构是指复合材料中各层纳米羟基磷灰石含量不同，由里层经各中间过渡层至表层，所述纳米羟基磷灰石的含量依次上升。

本发明生物固定型仿生关节材料的特点也在于：

按质量百分比所述里层纳米羟基磷灰石含量为0％～10％，表层纳米羟基磷灰石含量为20％～40％；所述里层、各中间过渡层和表层的复合材料的厚度分别为1～10mm。

本发明生物固定型仿生关节材料的制备方法的特点是按如下步骤进行：

a、在80℃～90℃的恒温水浴中，搅拌的同时向蒸馏水中同时加入氢氧化钙和聚醚醚酮粉体，继续搅拌0.5～1小时，配制氢氧化钙和聚醚醚酮的混合溶液；

b、按Ca/P的摩尔比为1.67取分析纯磷酸，加水配制浓度为0.3～0.8mol/L的磷酸溶液，将磷酸溶液滴加至步骤a所配制的氢氧化钙和聚醚醚酮的混合溶液中；滴加过程中保持温度为80℃～90℃进行搅拌，并通过氢氧化钠控制溶液的pH为10～11；在磷酸溶液滴加完毕之后，继续在80℃～90℃下搅拌6～7小时；然后以65～75℃陈化10～15小时，制备出纳米羟基磷灰石与聚醚醚酮的混合溶液；

c、将步骤b所制备的纳米羟基磷灰石与聚醚醚酮的混合溶液经过滤得到纳米羟基磷灰石与聚醚醚酮的混合粉体，将所述混合粉体用蒸馏水清洗直至pH为7.0；再在真空干燥箱中于70℃下干燥至恒重，制备纳米羟基磷灰石与聚醚醚酮的混合粉体，待用；