氧化锌-聚醚醚酮复合材料、其制备方法和用途及由其形成的人工关节技术

本发明专利技术提供氧化锌‑聚醚醚酮复合材料及其制备方法和用途及由其形成的人工关节，以氧化锌‑聚醚醚酮复合材料的总质量为基准计，所述氧化锌‑聚醚醚酮复合材料包括5～30wt％的氧化锌和70～95wt％的聚醚醚酮，其中所述氧化锌为粉末状。本发明专利技术的复合材料及由其形成的人工关节具有良好的生物相容性、生物活性、力学相容性、自润滑性抗摩擦能力以及抗炎症能力；其弹性模量、韧性以及断裂强度等力学性能与人骨相匹配，不会造成应力遮挡效应引发的人工关节假体材料松动以及骨吸收等负面效应，能够满足临床对于人工关节假体的需求。

【技术实现步骤摘要】
氧化锌-聚醚醚酮复合材料、其制备方法和用途及由其形成的人工关节
本专利技术涉及复合材料领域，特别是涉及一种氧化锌-聚醚醚酮复合材料及其制备方法和用途。
技术介绍
人工关节置换术是治疗晚期骨性关节炎，改善关节功能的有效方法。临床中，传统假体在长期植入过程中，因长时间功能性磨损易导致人工关节材料磨损性破坏，产生的磨损颗粒易诱导假体周围炎症反应及骨溶解，最终引起植入修复失败。选择更适用于临床的假体材料并改进假体设计已经成为关节置换术中不可忽视的重点。目前临床主要使用的人工关节材料为金属材料(钛合金等)以及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料。金属材料(如钴镍合金、钛合金等)是临床上常用的金属假体材料，与体液长期接触容易释放金属离子，临床上表现为“黑水现象”；而钴、铬等金属离子存在肾毒性、致畸、形成炎性假瘤以及致癌风险。另，金属材料力学强度较大，产生的应力遮蔽效应进一步促使假体周围骨溶解、进而导致假体松动和周围骨折，最终使手术失败。所以，金属材料作为人工关节材料仍不能满足人工关节长期植入的临床需求。UHMWPE具有良好的机械性能和摩擦性能，其表面具有自润滑的特性，已成功的用作人工髋关节，人工膝关节，人工腕关节等人工关节假体。然而近年来长期随访病例显示，UHMWPE人工关节假体硬度偏低，抗蠕变性能差，晚期磨损较为严重，易导致关节松动等并发症，极大的影响了人工关节置换术的长期疗效。针对人工关节材料的发展现状以及临床需求，学者致力于开发新一代耐磨损生物固定人工关节，目标为磨损整体寿命超过四十年，因此对于材料的选择以及改性加工工艺有了更高的开发要求。在现有技术条件下，UHMWPE的平均分子量已经很难继续提高，通过材料学方法提升其力学性能以及摩擦磨损性能的可能性较小。而金属材料本身就具有一定的局限性，不适宜作为长期的植入材料。聚醚醚酮(PEEK)是一种芳香族半结晶性的热塑性特种工程塑料，具有优异的物理化学性能。近年来，因其力学性能接近皮质骨，被广泛应用于骨修复骨替代领域中，目前已被应用于脊柱椎间融合器，牙种植体等领域，取得了成功。近年来，学者发现其耐滑动磨损和抗微动磨损性能优异，故而得到人工关节研究者的广泛关注。研究表明，PEEK作为骨植入材料同样具有一定的问题：其为生物惰性材料，不具备生物活性，本身与骨组织的结合强度较差，不能形成骨性结合。也就是说PEEK植入体内后不能很好地与宿主骨整合，极大地限制了其在临床上的广泛应用。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供氧化锌-聚醚醚酮复合材料及其制备方法和由其形成的人工关节，这种复合材料具有良好的生物相容性和生物活性，该人工关节与骨组织有匹配的力学相容性，能够刺激骨生长，加速骨愈合，从而达到生物固定，用于解决现有技术中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术是通过包括以下技术方案获得的。本专利技术提供一种氧化锌-聚醚醚酮复合材料，以氧化锌-聚醚醚酮复合材料的总质量为基准计，所述氧化锌-聚醚醚酮复合材料包括5～30wt％的氧化锌和70～95wt％的聚醚醚酮，其中所述氧化锌为粉末状。根据上述所述的氧化锌-聚醚醚酮复合材料，所述氧化锌为微米级或纳米级。优选地，微米级氧化锌的粒径为1μm～5μm；纳米级氧化锌的粒径为50nm～200nm。根据上述所述的氧化锌-聚醚醚酮复合材料，所述聚醚醚酮为粉末状，粒径为10μm～20μm。本专利技术还公开了如上述所述的氧化锌-聚醚醚酮复合材料的制备方法，所述制备方法为将氧化锌和聚醚醚酮混合均匀。本专利技术还公开了如上述所述的氧化锌-聚醚醚酮复合材料用于形成人工关节的用途。本专利技术还公开了一种人工关节，采用如上述所述的氧化锌-聚醚醚酮复合材料加工成型获得。根据上述所述的人工关节，所述加工成型为注塑成型或热压成型。注塑成型即将复合材料于注塑机中注塑成型，根据上述所述的人工关节，所述注塑成型的温度为350℃～370℃。根据上述所述的人工关节，所述注塑成型的压力为30MPa～70MPa。热压成型是将复合材料于模具中压制成型后，在模具中升温烧结成型。优选地，升温速率为(1～5)℃/min。优选地，升温至温度为340～360℃。优选地，升温至340～360℃后保持至少1h，更优选为2～3h。根据上述所述的人工关节，所述人工关节的弹性模量为4GPa～6GPa。根据上述所述的人工关节，所述人工关节的抗压强度为110MPa～160MPa。根据上述所述的人工关节，所述人工关节的抗拉强度为70MPa～105MPa。根据上述所述的人工关节，所述人工关节的抗弯强度为80MPa～115MPa。本专利技术上述技术方案的有益效果在于：1、本专利技术氧化锌-聚醚醚酮材料具有良好的生物活性和生物相容性，能够刺激骨生长，加速骨愈合，增强聚醚醚酮材料的骨整合能力；采用该复合材料制备的人工关节与骨组织有匹配的力学相容性，能够加速骨愈合，使得人工关节假体与骨组织直接产生骨性结合，从而实现生物固定。2、本专利技术氧化锌-聚醚醚酮材料具有良好的自润滑能力，其摩擦性能较佳，能够有效减少长期使用过程中的磨损；将该材料应用于人工关节假体中，能够大大延长人工关节假体的使用寿命。3、本专利技术氧化锌-聚醚醚酮材料人工关节假体在使用中产生的磨屑其致炎特性较低，可有效减轻颗粒病的发生。4、本专利技术氧化锌颗粒均匀分布于人工关节假体中，保证人工关节磨损后仍然不断有氧化锌析出，相对于表面改性的结构，具有更好的持续性抗炎症能力和抗摩擦能力。5、本专利技术氧化锌-聚醚醚酮复合材料的工艺简单易行，可根据临床需求相应调整该复合材料的制备工艺来制备不同形状、规格和力学性能的骨修复体。总之，本专利技术的复合材料及由其形成的人工关节具有良好的生物相容性、生物活性、力学相容性、自润滑性抗摩擦能力以及抗炎症能力；其弹性模量、韧性以及断裂强度等力学性能与人骨相匹配，不会造成应力遮挡效应引发的人工关节假体材料松动以及骨吸收等负面效应，能够满足临床对于人工关节假体的需求。附图说明图1为效果实施例3中各样品的电子扫描显微镜照片，其中，图1中由左至右依次为纯聚醚醚酮、实施例1中的纳米级氧化锌-聚醚醚酮复合材料、实施例2中的微米级氧化锌-聚醚醚酮复合材料图2为效果实施例2的抗摩擦性能试验中各待测样品的磨损量柱状图图3为效果实施例2进行的磨损试验中各待测样品的磨损表面的观察图片图4为效果实施例3中各待测样品的细胞毒性实验量化结果图图5为效果实施例4中炎性因子表达的实验结果图具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。在进一步描述本专利技术具体实施方式之前，应理解，本专利技术的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本专利技术实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本专利技术的保护范围。下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氧化锌-聚醚醚酮复合材料，其特征在于，以氧化锌-聚醚醚酮复合材料的总质量为基准计，所述氧化锌-聚醚醚酮复合材料包括5～30wt％的氧化锌和70～95wt％的聚醚醚酮，其中所述氧化锌为粉末状。/n

【技术特征摘要】
20200420 CN 202010313454X1.氧化锌-聚醚醚酮复合材料，其特征在于，以氧化锌-聚醚醚酮复合材料的总质量为基准计，所述氧化锌-聚醚醚酮复合材料包括5～30wt％的氧化锌和70～95wt％的聚醚醚酮，其中所述氧化锌为粉末状。


2.根据权利要求1所述的氧化锌-聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述氧化锌为微米级或纳米级。


3.根据权利要求2所述的氧化锌-聚醚醚酮复合材料，其特征在于，微米级氧化锌的粒径为1μm～5μm。


4.根据权利要求2所述的氧化锌-聚醚醚酮复合材料，其特征在于，纳米级氧化锌的粒径为50nm～200nm。


5.根据权利要求1所述的氧化锌-聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述聚醚醚酮为粉末状，粒径为10μm～20μm。


6.一种如权利要求1～5任一项所述的氧化锌-聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于，所述制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王友，张珏，岳冰，孟祥超，苑志国，杜哲，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属仁济医院，
类型：发明
国别省市：上海;31