一种用于修复骨缺损的高韧性超耐磨人工骨及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于修复骨缺损的高韧性超耐磨人工骨，所述人工骨采用内外两层结构，其中内层为人工骨支架，采用PEEK树脂制成，并加入钡玻璃纤维和碳酸钙晶须进行复合；所述人工骨支架外层包裹有一层增硬的生物活性玻璃陶瓷烧结形成的致密层，致密层表面还附有一层生物活性玻璃陶瓷形成的孔隙层。由于生物活性玻璃陶瓷与骨的结合比羟基磷灰石强度高，PEEK树脂与生物活性玻璃陶瓷的结合性也比碳纤维与羟基磷灰石之间的结合要好，本发明专利技术人工骨既有足够的力学性能，又有很好的生物相容性，其力学性能、生物相容性和骨结合强度均优于常规人工骨产品。

【技术实现步骤摘要】
一种用于修复骨缺损的高韧性超耐磨人工骨及其制备方法
本专利技术涉及一种用于修复骨缺损的人工骨及其制备方法，具体是一种用于修复骨缺损的高韧性超耐磨人工骨及其制备方法，属于骨科医疗器械

技术介绍
各种创伤、肿瘤、感染以及老龄化造成的骨组织缺损严重威胁着人类健康，随着科学技术的发展，生物材料领域衍生出了一系列骨修复、移植的替代材料，具有骨组织诱导功能的生物材料已成为当代研究的重点课题。人体骨骼主要由60%的羟基磷灰石和30%的胶原蛋白构成，因此羟基磷灰石（HA）理所当然的成为了人工骨材料的研究重点，羟基磷灰石是一种具有良好的生物活性和骨诱导性的生物材料，目前临床的人工骨材料多采用钛金属或碳纤维增强复合材料作为人工骨支架，并以支架为基底，利用物理化学手段将羟基磷灰石附在其表面，钛金属或碳纤维增强复合材料的支架可以提供足够的力学强度，而表面的羟基磷灰石涂层则易于与人体骨结合，在人工骨表面诱导新骨的生成。然而人工合成的羟基磷灰石脆性大，又容易被吸收，其降解速度与组织生长速度难以匹配，且其热膨胀系数和支架材料钛、碳纤维相差较大，导致羟基磷灰石涂层与支架之间的化学结合力不强，植入时间一长就容易剥离，造成人工骨松动。早在28年前，我国华西医科大学口腔科就发现这个问题，停止了羟基磷灰石涂层的应用。尽管针对此问题众多科研单位一直在进行研究和改进，但截至目前仍未有很好的解决办法，所以世界各国每年都有相当一部分骨科病例为因人工骨无菌性松动而进行翻修的手术，翻修手术比初次手术更麻烦，花费更多。2011年全球约有100万例全髋关节置换术，据厦门大学附属福州第二医院骨科对32例人工髋关节翻修术进行统计，其中由假体无菌性松动引起的占55%，由髋臼磨透引起的占9%，由内衬磨损引起的占9%，由股骨柄断裂引起的占3%。因此可以说有76%的人工髋关节翻修是因人工髋关节材料的生物相容性、耐磨性、韧性不足或和骨的弹性模量不接近等原因造成的。聚醚醚酮（PEEK）树脂是一种韧性和刚性兼备并取得良好平衡的塑料，特别是它对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的，可与合金材料媲美。医用级PEEK树脂具有很好的生物相容性、无细胞毒性、无诱变性、无致癌性，不引起过敏，还具有极强的耐腐蚀、耐水解和耐化学性，而且其具有良好的机械性能，是目前最有前途的人工骨材料。纯PEEK树脂的耐冲击性能良好，其无缺口冲击可达200kg·cm/cm以上，且耐沸水性能极佳，在沸水中连续浸泡200天强度基本不变，可在200℃的高压蒸气中长期使用，其耐磨性也好，已成为重要的自润滑减摩耐磨材料。PEEK树脂和玻璃纤维、碳纤维或晶须做成的复合材料弯曲强度可上升到235～335MPa，纯PEEK树脂的拉伸强度为94MPa，将其做成30%纤维复合材料后，其拉伸强度可提高到212Mpa。纯PEEK树脂的杨氏模量为3.9GPa，加入碳酸钙晶须，钡玻璃纤维、碳纤维等具有高弹性模量、高韧性的补强材料进行复合后，其杨氏模量可提高到21GPa，通过调整补强材料的加入比例，复合材料的杨氏模量可调节到18～19GPa，和人体骨骼的杨氏模量最为接近，其作为植入骨可以和健康骨长久并存，骨骼不会发生疏松退化。另据福州大学高诚辉教授等人的研究结果表明：加入15～20%的碳酸钙（CaCO3）晶须的PEEK复合材料，其磨损率比纯PEEK材料降低86%。生物活性玻璃陶瓷（BGC）是目前唯一能与骨组织形成键结合，同时又能与软组织相连的人工生物材料，其弯曲强度高达180～200Mpa，断裂韧性达到2～2.5Mpa·m1/2，软化温度为730℃左右，当适当加入氧化锆后，其断裂韧性可提高到4～5Mpa·m1/2，其弯曲强度和软化温度也相应提高。据我国高等学校教材《口腔材料学》介绍，生物活性玻璃陶瓷植入骨内后，有利于与骨形成化学键结合，促进骨修复，植入10天材料表面可以看到新生骨，植入60天材料和骨组织已形成牢固结合，植入8周后与骨的结合强度要比同期羟基磷灰石与骨的结合强度高出20%。另成都军区总医院口腔科用生物活性玻璃陶瓷对右下颌骨齿槽萎缩的患者进行增高手术，齿槽骨增高6mm用于做全口义齿镶复，固位和使用效果良好。四川省科学技术委员会曾组织28位专家教授对生物活性玻璃陶瓷进行鉴定，用50只狗、150只兔进行大量的动物试验，结果表明：生物活性玻璃陶瓷成骨速度快，有明显的诱导骨生长的趋势，能与骨产生骨性结合，稳定性好，结合强度高，优于其它人工骨材料。因此，我们选择采用PEEK树脂与生物活性玻璃陶瓷进行优化组合，用于制备一种用于修复骨缺损的高韧性超耐磨人工骨，因为生物活性玻璃陶瓷与骨的结合比羟基磷灰石强度高，且PEEK树脂与生物活性玻璃陶瓷的结合性也比碳纤维与羟基磷灰石之间的结合性要好。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于修复骨缺损的高韧性超耐磨人工骨及其制备方法，该人工骨主要采用生物活性玻璃陶瓷和PEEK树脂两种材料共同制成，其力学性能、生物相容性和骨结合强度均比常规产品更好。本专利技术人工骨的具体结构为：一种用于修复骨缺损的高韧性超耐磨人工骨，所述人工骨采用内外两层结构，其中内层为人工骨支架，采用PEEK树脂制成，并加入钡玻璃纤维和碳酸钙晶须进行复合，加入钡玻璃纤维是为了X射线显影和调节弹性模量，加入碳酸钙晶须是为了增加耐磨性；所述人工骨支架外层包裹有一层增硬的生物活性玻璃陶瓷烧结形成的致密层，致密层表面还附有一层生物活性玻璃陶瓷形成的孔隙层；当所述人工骨包含有关节头和关节窝时，其人工骨支架在关节头和关节窝相对滑动面的位置不设有致密层和孔隙层。所述孔隙层的孔隙度为30～60VOL%，在人工骨关节窝与人体骨连接处的孔隙层的泡孔孔径为100～1000μm，以利于哈佛氏营养管长进去，与人体骨形成更加牢固的骨结合，其余位置的孔隙层的泡孔孔径为10～200μm。本专利技术人工骨的具体制备方法包括以下步骤：步骤1：准备好足量的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料、磷酸钙粉料、医用级PEEK树脂粉料、碳酸钙晶须、钡玻璃纤维、精制石蜡和相应的造型模具。步骤2：取90重量份粒度为10～35μm的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料，再加入10重量份精制石腊，加温至70℃搅拌熔合，然后退温至45℃挤压到造型模具中，冷却脱模后得到中空的人工骨致密层坯体。步骤3：将人工骨致密层胚体加热至120℃干燥2小时，然后升温到450℃进行脱腊。步骤4：取50重量份粒度为10～35μm的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料，再加入50重量份的磷酸钙粉料和20重量份的精制石蜡，加温至70℃并搅拌均匀后得到孔隙层喷涂剂，将孔隙层喷涂剂均匀喷涂在人工骨致密层胚体表面，喷涂厚度控制在0.1～0.3mm，然后干燥脱腊，再经800～900℃烧结，冷却后即得人工骨致密层壳体，且壳体表面附有一层孔隙层坯面。在本步骤中，磷酸钙粉料作为造孔剂，对于人工骨关节窝与人体骨连接处的人工骨致密层胚体表面，使用的造孔剂为100～1000μm粒度的磷酸钙粉料；对于其余位置的人工骨致密层胚体表面，使用的造孔剂为10～200μm粒度的磷酸钙粉料。步骤5：取80重量份医用级PEEK树脂粉料、1～15重量份的钡玻璃纤维和15重量份的碳酸钙晶须，其中钡玻璃纤维和碳酸钙晶须先经硅烷偶联剂处理和脱蜡后，再与PEEK树脂粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于修复骨缺损的高韧性超耐磨人工骨，其特征是：所述人工骨采用内外两层结构，其中内层为人工骨支架，采用PEEK树脂制成，并加入钡玻璃纤维和碳酸钙晶须进行复合；所述人工骨支架外层包裹有一层增硬的生物活性玻璃陶瓷烧结形成的致密层，致密层表面还附有一层生物活性玻璃陶瓷形成的孔隙层；当所述人工骨包含有关节头和关节窝时，其人工骨支架在关节头和关节窝相对滑动面的位置不设有致密层和孔隙层。

【技术特征摘要】
1.一种用于修复骨缺损的高韧性超耐磨人工骨的制备方法，其特征是包括以下步骤：步骤1：准备好足量的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料、磷酸钙粉料、医用级PEEK树脂粉料、碳酸钙晶须、钡玻璃纤维、精制石蜡和相应的造型模具；步骤2：取90重量份粒度为10～35μm的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料，再加入10重量份精制石蜡，加温至70℃搅拌熔合，然后退温至45℃挤压到造型模具中，冷却脱模后得到中空的人工骨致密层坯体；步骤3：将人工骨致密层坯体加热至120℃干燥2小时，然后升温到450℃进行脱蜡；步骤4：取50重量份粒度为10～35μm的生物活性玻璃陶瓷非晶玻璃粉料，再加入50重量份的磷酸钙粉料和20重量份的精制石蜡，加温至70℃并搅拌均匀后得到孔隙层喷涂剂，将孔隙层喷涂剂均匀喷涂在人工骨致密层坯体表面，喷涂厚度控制在0.1～0.3mm，然后干燥脱蜡，再经800～900℃烧结，冷却后即得人工骨致密层壳体，且壳体表面附有一层孔隙层坯面；步骤5：取80重量份医用级PEEK树脂粉料、1～15重量份的钡玻璃纤维和15重量份的碳酸钙晶须，其中钡玻璃纤维和碳酸钙晶须先经硅烷偶联剂处理和脱蜡后，再与PEEK树脂粉料搅拌混合，然后升温到350℃熔融，再经注塑机注入人工骨致密层壳体中，冷却后即形成以PEEK树脂复合材料为支架的人工骨，将此人工骨放入稀盐酸热溶液中溶掉致密层表面附着的磷酸钙微粒即显露出孔隙层。2.根据权利要求1所述的人工骨的制备方法，其特征是：所述步骤4所述的磷酸钙粉料作为造孔剂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉元，王粤凡，
申请(专利权)人：南宁越洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45