[发明专利]注入钙离子对聚醚醚酮表面进行改性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对聚醚醚酮表面进行改性的方法，具体说，是涉及一种使用等离子体浸没离子注入和沉积技术对聚醚醚酮材料表面进行改性的方法，属于医用高分子材料表面改性技术领域。 

背景技术

近年来，随着生物材料制备使用理论和技术的不断完善和发展，高分子植入体材料的应用前景将更为广阔。聚醚醚酮（PEEK）的弹性模量与人体骨组织最为匹配，可有效减少应力遮挡效应造成的骨吸收和骨萎缩，且抗疲劳性突出，适合用于医疗植入装置长期植入（Biomaterials2007,28:4845-4869）。然而，PEEK的生物活性较差，植入人体后不易与人体骨组织键合，限制了其作为植入体材料长期植入。如何提高PEEK材料生物相容性已经成为研究热点之一。 

目前对聚醚醚酮材料进行表面改性的主要方法是化学接枝法，这种方法改性深度浅，效果较差，且反应时间长，效率低，不利于大规模生产。 

发明内容

本发明为解决现有的医用聚醚醚酮存在生物相容性不佳的问题，提供一种新颖的医用聚醚醚酮材料的表面改性方法，以满足医用聚醚醚酮材料所需的生物相容性需求。 

等离子体浸没离子注入和沉积技术(Plasma immersion ion implantation&Deposition,PIII-D)是一种具有全方位及高反应活性特点的新型表面改性技术，具有全方位和高反应活性的特点，对于处理体积小且异型的植入体材料具有独特的优势。PIII-D技术通常用于金属和半导体表面改性，近来随着高分子材料的广泛应用，对绝缘体材料进行PIII-D改性也逐渐成为研究热点(Surface&Coatings Technology2010,204:2853-2863)。 

钙(Ca)元素作为人体骨组织的重要组成元素，已被作为一种常用的添加剂引入至常用钛合金硬组织植入材料，并被证实可有效提高材料生物相容性，促进骨组织生长(Biomaterials2001,22:2139-2151)。已有研究尝试在PEEK中添加含钙生物无机材料如羟基磷灰石等，发现此类PEEK混合物具有较好的生物活性和生物相容性，可以于短时间内在材料表面诱导类骨磷灰石的形成。然而有机/无机混合材料的力学性能却较纯PEEK下降极大，尤其是耐磨性等，不利于材料长期稳定性。因此，本申请提出了通过等离子体浸没离子注入技术对PEEK材料进行Ca离子注入改性，在材料表面形成原位改性层，在提高材料生物相 容的同时，保持材料原有力学性能。 

在此，本发明提供一种注入钙离子对聚醚醚酮表面进行改性的方法，所述方法使用等离子体浸没离子注入技术在聚醚醚酮的表面进行钙离子注入以获得含有钙元素的改性层。 

经过本发明改性处理得到的聚醚醚酮材料，其生物相容性得到显著提高。细胞增殖实验证实，经过本发明改性处理得到的聚醚醚酮材料表面MC3T3成骨细胞增殖数倍于未改性聚醚醚酮，可满足医用聚醚醚酮所需的性能要求。 

较佳地，使用等离子体浸没离子注入技术在聚醚醚酮的表面进行钙离子注入时，使用纯金属钙作为阴极。采用纯金属钙作为阴极注入钙离子，提高聚醚醚酮的生物相容性的同时仍能保持材料的良好的力学性能。 

较佳地，所述钙离子注入的工艺参数包括：本底真空度为3×10^-3～5×10^-3Pa，注入电压为15～40kV，注入脉宽为50～600μs，注入脉冲频率为5～9Hz，阴极源触发脉宽为500～2000μs，注入时间为30～180分钟。 

进一步优选地，所述注入脉宽为200～600μs，所述注入时间为30～90分钟。 

在一个优选的示例中，所述注入电压为30kV，所述注入脉冲频率为7Hz，所述注入脉宽为450μs，所述注入时间为60分钟。 

本发明中，所述的聚醚醚酮为纯聚醚醚酮材料或碳纤维增强聚醚醚酮材料。 

较佳地，所述改性层中钙元素的含量为5%～20%。 

经过本发明表面改性处理得到的聚醚醚酮材料浅表面分布有钙元素，钙元素含量比例可调。钙元素的引入显著地改善了聚醚醚酮材料的生物相容性。 

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 

经过本发明改性方法处理得到的聚醚醚酮材料，其生物相容性有不同程度的提高。细胞增殖实验结果证实，经过本发明改性方法处理得到的聚醚醚酮材料具有较好的细胞相容性，MC3T3细胞在改性表面增殖数倍于未改性表面，能满足医用聚醚醚酮材料所需的生物相容性要求。 

附图说明