一种表面改性的聚醚醚酮材料及其表面改性方法技术

本发明专利技术提供一种表面改性的聚醚醚酮材料及其表面改性方法，所述聚醚醚酮材料的表面设置有磷酸镁

【技术实现步骤摘要】
一种表面改性的聚醚醚酮材料及其表面改性方法


[0001]本专利技术属于生物医用材料
，涉及一种聚醚醚酮材料，尤其涉及一种表面改性的聚醚醚酮材料及其表面改性方法。

技术介绍

[0002]钛(Ti)及其合金是最为常用的医用金属植入材料，因其具有优良的性能，例如优良的耐腐蚀性、良好的生物相容性、较高的机械强度和骨整合性。然而，现有的钛及其合金仍存在一些局限性，例如过高的弹性模量容易导致植入体周围骨组织产生应力刺激，即产生所谓的“应力遮蔽”，从而导致植入物发生松动。同时，金属植入物在长时间的使用过程中存在有害金属离子释放、放射性等问题，进而推动了聚醚醚酮作为替代金属植入材料的相关研究发展。
[0003]聚醚醚酮(PEEK)作为聚芳醚酮(PAEK)家族的代表之一，是一种半结晶的热塑性聚合物，由一个与醚和酮官能团相互连接的芳香族主链组成。PEEK独特的化学结构显示出诸多优点，例如在高温下的稳定性、抗化学和辐射性以及与许多增强剂(如碳纤维和玻璃)之间更高的完整性，这些特性使其在生物医学应用中极具吸引力。PEEK的弹性模量(3
‑
4GPa)比钛合金(110GPa)更接近人类皮质骨(7
‑
30GPa)，从而消除了“应力屏蔽”效应。此外，因其为热塑性特种聚合物，在长时间的使用过程中不用担心存在金属离子释放的问题，甚至PEEK被公认为脊柱和牙科植入物应用中金属生物材料的放射透明替代物，其与常用核磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)技术相容。
[0004]尽管聚醚醚酮具有上述优异的性能，但其本身并不具备生物活性，无法与骨组织形成骨整合，这限制了其作为替代金属植入材料的进一步发展。因此，目前相关研究人员将研究重点集中在开发PEEK复合物与相容剂，包括羟基磷灰石(HAp)颗粒、玻璃和碳纤维或PEEK的表面改性。PEEK表面可以通过物理(等离子体改性、加速中性原子束ANAB)或化学(湿化学改性、磺化)处理。此外，PEEK表面可以使用各种方法涂覆某些生物活性成分(HAp、Ti)，包括等离子喷涂、旋涂、等离子气体蚀刻、电子束沉积、等离子浸没、离子注入和微波辅助涂覆。其中，微波辅助涂覆方法具有成本低、简单、生物活性颗粒分布均匀及温度要求相对较低等优点，这一方法还适用于涂覆相对较小的植入物。目前截止，磷酸镁(AMP)或羟基磷灰石(HAp)涂层的形貌和尺寸控制还没有显著的进展，所获得的涂层大多存在骨组织贴合不足、结合强度低，应用效果不佳等问题，从而未能得到广泛应用。
[0005]磷酸镁在临床医学应用方面的研究正在迅速发展，且其溶解速率高，Mg
2+
可以很好地促进骨矿物质代谢、形成和结晶过程，且PO
42
‑
可以显著提升羟基磷灰石的粘附力，而羟基磷灰石与骨无机相的化学结构相似，使得其在生物医学应用中具有广泛的用途，例如修复骨组织、植入物涂层以及填充骨和牙齿。
[0006]由此可见，如何制备一种磷酸镁和羟基磷灰石的复合涂层来改善聚醚醚酮生物活性，同时简化工艺流程，降低生产成本，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种表面改性的聚醚醚酮材料及其表面改性方法，通过在聚醚醚酮材料的表面设置磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层，改善了聚醚醚酮材料的生物活性，同时简化了工艺流程，降低了生产成本，有利于大规模推广应用。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种表面改性的聚醚醚酮材料，所述聚醚醚酮材料的表面设置有磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层。
[0010]本专利技术在聚醚醚酮材料的表面设置磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层，由于磷酸镁和羟基磷灰石这两种材料的物理及化学性能稳定，且其弹性模量远低于钛及钛合金材料，更接近骨组织弹性模量，从而有效地避免了植入应力屏蔽。
[0011]此外，本专利技术提供的复合涂层中镁离子显著促进了骨矿物质代谢、形成和结晶过程，且磷酸根离子大幅度提升了羟基磷灰石的粘附力，这一复合涂层在羟基磷灰石增加骨整合性的基础上再通过镁离子增加抗菌性，显著改善了聚醚醚酮材料的生物活性。
[0012]优选地，所述磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层中，Ca元素的含量为2.66
‑
30.66wt％，例如可以是2.66wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％或30.66wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0013]优选地，所述磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层中，Mg元素的含量为11.49
‑
42.56wt％，例如可以是11.49wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％或42.56wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]优选地，所述磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层中，P元素的含量为19.68
‑
22.67wt％，例如可以是19.68wt％、20wt％、20.5wt％、21wt％、21.5wt％、22wt％、22.5wt％或22.67wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]优选地，所述磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层的平均厚度为90
‑
200μm，例如可以是90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm或200μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述聚醚醚酮材料的表面改性方法，所述表面改性方法包括以下步骤：
[0017](1)提供聚醚醚酮的基底材料，并对所述基底材料进行预处理；
[0018](2)采用微波辅助涂覆法在所述基底材料的表面制备无定形磷酸镁涂层，得到中间材料；
[0019](3)采用仿生溶液法在所述中间材料的表面制备磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层，得到表面改性的聚醚醚酮材料。
[0020]本专利技术提供的表面改性方法通过微波辅助涂覆法制备无定形磷酸镁涂层，均匀稳定，粘附力高，进一步提高了聚醚醚酮材料与骨组织的表面贴合度，且微波辅助涂覆法的工艺流程简单，可重复性高，原料易得，价格低廉，具有良好的应用前景，所得表面改性的聚醚醚酮材料有望替代金属材料作为医用植入材料，适用于工业化大规模生产。
[0021]优选地，步骤(1)所述预处理包括依次进行的抛光处理、磺化处理与活化处理，且每一步处理之后依次进行超声清洗和自然风干。
[0022]优选地，所述抛光处理包括采用砂纸对基底材料的表面进行打磨。
[0023]优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面改性的聚醚醚酮材料，其特征在于，所述聚醚醚酮材料的表面设置有磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层。2.根据权利要求1所述的聚醚醚酮材料，其特征在于，所述磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层中，Ca元素的含量为2.66
‑
30.66wt％，Mg元素的含量为11.49
‑
42.56wt％，P元素的含量为19.68
‑
22.67wt％。3.根据权利要求1或2所述的聚醚醚酮材料，其特征在于，所述磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层的平均厚度为90
‑
200μm。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述聚醚醚酮材料的表面改性方法，其特征在于，所述表面改性方法包括以下步骤：(1)提供聚醚醚酮的基底材料，并对所述基底材料进行预处理；(2)采用微波辅助涂覆法在所述基底材料的表面制备无定形磷酸镁涂层，得到中间材料；(3)采用仿生溶液法在所述中间材料的表面制备磷酸镁
‑
羟基磷灰石复合涂层，得到表面改性的聚醚醚酮材料。5.根据权利要求4所述的表面改性方法，其特征在于，步骤(1)所述预处理包括依次进行的抛光处理、磺化处理与活化处理，且每一步处理之后依次进行超声清洗和自然风干；优选地，所述抛光处理包括采用砂纸对基底材料的表面进行打磨；优选地，所述砂纸的规格为2500#
‑
5000#；优选地，所述磺化处理包括将基底材料浸没于浓H2SO4溶液中，且所述浓H2SO4溶液的浓度≥70wt％；优选地，所述磺化处理的时间为4
‑
6min；优选地，所述活化处理包括将基底材料浸没于NaOH溶液中，且所述NaOH溶液的浓度为8
‑
12M；优选地，所述活化处理的温度为40
‑
80℃；优选地，所述活化处理的时间为45
‑
50h；优选地，所述超声清洗采用的清洗液包括丙酮、乙醇或去离子水中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述超声清洗的时间为5
‑
10min。6.根据权利要求4或5所述的表面改性方法，其特征在于，步骤(2)所述微波辅助涂覆法包括以下步骤：(2.1)混合碳酸氢钠、磷酸二氢钾、六水合氯化镁和去离子水，制得磷酸镁涂层浴；(2.2)将基底材料浸没于所述磷酸镁涂层浴中，进行至少2次微...

【专利技术属性】
技术研发人员：王驰巍，柏磊磊，仇可新，赵自强，
申请(专利权)人：上海双申医疗器械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：