聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料及其制备方法与应用，首先通过原位聚合法将多巴胺与纳米二氧化锆在Tris

【技术实现步骤摘要】
聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于生物医用材料的
，具体涉及一种聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着我国人口老龄化不断加速，老年人患骨质疏松和骨关节炎的风险更高，再加上交通事故和运动损伤等造成的骨组织损伤对骨修复支架提出了更高的要求。研制具有高强度、良好生物相容性的生物医用复合人工骨修复材料是发展我国医学临床中的组织、器官修复的迫切和重大需求。
[0003]由于聚醚醚酮具有优异的力学性能，良好的耐化学性，因此在硬组织修复和医学骨科手术中显示出广阔的应用前景。但是，聚醚醚酮的力学强度较低，难以满足硬组织修复材料的需要，而且由于其内在的生物惰性，难以与植入部位周围形成良好的骨整合，且聚醚醚酮材料不具备抑制细菌生长的能力，在植入体内后易发生严重的细菌感染最终导致植入失败。纳米二氧化锆由于其良好的生物相容性和骨诱导特性，常被用于改善聚醚醚酮复合材料的力学性能和生物相容性。然而聚醚醚酮/二氧化锆复合材料在制备过程中由于纳米二氧化锆粒子的表面能较高和极易团聚等原因往往造成复合材料力学性能的大幅降低使其难以满足应用需求。因此如何制备出既具有良好力学性能又具有良好生物活性，促进骨再生和抑菌性的聚醚醚酮/纳米二氧化锆生物复合材料仍是一个难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决现有聚醚醚酮支架材料无法兼具高强度，良好生物活性，成骨性能较差和不具备抑菌性的问题而提出的，其目的是提供一种聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料及其制备方法与应用。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料，所述聚多巴胺包裹二氧化锆和氧化石墨烯通过水溶液分散法均匀分散在聚醚醚酮基体中；聚多巴胺包裹二氧化锆和氧化石墨烯通过分子间作用力附着于聚醚醚酮基体上；所述分子间作用力为π
‑
π共轭相互作用和氢键；所述聚多巴胺包裹二氧化锆的聚多巴胺包覆层厚度为2nm～8nm，优选的，聚多巴胺包裹二氧化锆的聚多巴胺包覆层厚度为4.37
±
1.36nm；所述复合材料中聚醚醚酮、氧化石墨烯和聚多巴胺包裹二氧化锆的质量比为：10:1:89、10:3:87或10:5:85；所述复合材料具有螯合钙离子的能力，所述复合材料具有光热促成骨和光热抑菌功能。
[0007]一种聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](Ⅰ)在搅拌状态下，将纳米二氧化锆加入Tris
‑
HCl溶液中，超声分散，再向分散后的溶液中加入盐酸多巴胺，搅拌下连续反应，离心分离，所得固体冷冻干燥后得到聚多巴胺
包裹二氧化锆纳米颗粒；
[0009](Ⅱ)将步骤(Ⅰ)所得聚多巴胺包裹纳米二氧化锆颗粒、氧化石墨烯和聚醚醚酮依次加入到水中，超声分散，搅拌混合，离心分离，所得固体冷冻干燥，得到颗粒状聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料。
[0010]在上述技术方案中，所述Tris
‑
HCl溶液的浓度为8mmol/L～12mmol/L，优选为10mmol/L；所述纳米二氧化锆和盐酸多巴胺的质量比为1:1～3:1，优选为2:1；所述盐酸多巴胺的浓度为0.002g/mL～0.006g/mL，优选为0.004g/mL；所述纳米二氧化锆和盐酸多巴胺均以粉末状态加入Tris
‑
HCl溶液中。
[0011]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅰ)中加入纳米二氧化锆后超声分散15min～30min，提高纳米二氧化锆在水溶液中的分散性，确保多巴胺在自聚合过程中可以均匀包裹在纳米颗粒表面；加入盐酸多巴胺后室温搅拌下连续反应24h，离心转速为8000rpm，离心6次～8次，冷冻干燥12h～24h。
[0012]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅱ)中聚多巴胺包裹纳米二氧化锆颗粒、氧化石墨烯和聚醚醚酮的质量比为：10:1:89、10:3:87或10:5:85。
[0013]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅱ)中聚多巴胺包裹纳米二氧化锆颗粒在水中的质量浓度为8％～12％，优选为10％。
[0014]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅱ)中超声分散15min～30min，搅拌混合4h，离心的转速为8000rpm，离心6次～8次，冷冻干燥12h～24h。
[0015]一种聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料在骨修复支架中的应用。
[0016]一种聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料骨修复支架中的制备方法，将聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料球磨，注塑成型，即得到聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料骨修复支架。
[0017]在上述技术方案中，所述球磨速率为200rpm～500rpm，时长为4h～6h。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]本专利技术提供了一种聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料，通过原位聚合法将多巴胺与纳米二氧化锆在Tris
‑
HCl溶液中发生聚合，在二氧化锆表面形成聚多巴胺包裹层，制备聚多巴胺包裹二氧化锆纳米颗粒，在水溶液中加入氧化石墨烯和聚醚醚酮粉末，促进聚多巴胺包裹二氧化锆在聚醚醚酮材料中的分散，增强二者的界面结合，提升聚醚醚酮复合材料的力学性能，提高了复合材料的生物活性，同时引入的聚多巴胺包覆层赋予了材料体系良好的光热效应，所制备的材料具有优良力学性能，良好生物相容性，促成骨性能和抑菌性能，将其应用于制备骨修复支架中，预期可为硬组织骨修复和医学美容等领域提供一种可高性能生物医用复合材料。
附图说明
[0020]图1为本专利技术制备聚多巴胺包裹二氧化锆纳米复合材料的TEM照片和纳米颗粒粒径和聚多巴胺包覆层厚度的分布图；
[0021]图2为本专利技术实施例1～实施例3聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料和对比例1纯聚醚醚酮材料，对比例2聚醚醚酮/纳米二氧化锆复合材料的XRD图谱；
[0022]图3为本专利技术实施例1～实施例3聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料和对比例1纯聚醚醚酮材料，对比例2聚醚醚酮/纳米二氧化锆复合材料的热学性能图谱；
[0023]图4为本专利技术实施例1～实施例3聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料和对比例1纯聚醚醚酮材料，对比例2聚醚醚酮/纳米二氧化锆复合材料的力学性能图谱；
[0024]图5为本专利技术实施例1～实施例3聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料和对比例1纯聚醚醚酮材料，对比例2聚醚醚酮/纳米二氧化锆复合材料的体外生物相容性图谱；
[0025]图6为本专利技术实施例1聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料和对比例1纯聚醚醚酮材料，对比例2聚醚醚酮/纳米二氧化锆复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料，其特征在于：所述聚多巴胺包裹二氧化锆和氧化石墨烯通过水溶液分散法均匀分散在聚醚醚酮基体中；聚多巴胺包裹二氧化锆和氧化石墨烯通过分子间作用力附着于聚醚醚酮基体上；所述分子间作用力为π
‑
π共轭相互作用和氢键；所述聚多巴胺包裹二氧化锆的聚多巴胺包覆层厚度为2nm～8nm。所述复合材料中聚醚醚酮、氧化石墨烯和聚多巴胺包裹二氧化锆的质量比为：10:1:89、10:3:87或10:5:85；所述复合材料具有螯合钙离子的能力。2.一种聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(Ⅰ)在搅拌状态下，将纳米二氧化锆加入Tris
‑
HCl溶液中，超声分散，再向分散后的溶液中加入盐酸多巴胺，搅拌下连续反应，离心分离，所得固体冷冻干燥后得到聚多巴胺包裹二氧化锆纳米颗粒；(Ⅱ)将步骤(Ⅰ)所得聚多巴胺包裹纳米二氧化锆颗粒、氧化石墨烯和聚醚醚酮依次加入到水中，超声分散，搅拌混合，离心分离，所得固体冷冻干燥，得到颗粒状聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料。3.根据权利要求2所述的聚醚醚酮/氧化石墨烯/聚多巴胺包裹二氧化锆复合材料的制备方法，其特征在于：所述Tris
‑
HCl溶液的浓度为8mmol/L～12mmol/L，所述纳米二氧化锆和盐酸多巴胺的质量比为1:1～3:1；所述盐酸多巴胺的浓度为0.002g/mL～0.006g/mL；所述纳米二氧化锆和盐酸多巴胺均以粉末状态加入Tris
‑
HC...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆知，李文超，
申请(专利权)人：苏州昊微新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：