[发明专利]碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面生物活性钙磷层及制备

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面生物活性化改性技术，特别是一种三维 编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面生物活性钙磷层及制备。

背景技术

硬组织用生物医用制品的使用量巨大，随着人口的老龄化，市场需求将逐年增长。随 着生活水平的提高，对骨植入物材料提出了更高的性能要求，金属植入物材料存在的诸多 缺陷促使人们寻求新一代骨植入物材料。为此，国外已率先推出复合材料产品。三维编织 纤维复合材料的优异特性使之成为最有前途的新一代骨植入物材料。聚醚醚酮具有相当好 的热稳定性、化学稳定性和阻燃、抗辐射性能，另外韧性好，对交变应力的耐疲劳性出众， 耐滑动磨损和微动磨损性能优异。同时聚醚醚酮代替金属制造人体骨胳具有的优点主要包 括：(1)弹性模量介于皮质骨和松质骨之间，尺寸稳定性较好，线胀系数较小；(2)聚 醚醚酮在热水、蒸汽、溶剂和化学试剂等条件能表现出较高的机械强度和水解稳定性，可 以用其制备需要高温蒸汽消毒的各种医疗器械；(3)聚醚醚酮树脂无毒、质量轻、耐腐蚀， 是与人体骨胳最接近的材料，可与肌体相结合。已有研究表明碳纤维是生物相容性优异的 增强材料，因此三维编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材料是替代金属用于硬组织生物制品的 理想材料。

虽然聚醚醚酮具有良好的生物相容性，但作为硬组织生物制品还需具有良好的生物活 性。表面生物活性化改性是研制具有生物活性材料较为有效的方法，即将具有生物活性的 物质涂覆或沉积于基体材料表面，在不改变原有材料力学性能、降解性能的同时又为其增 添了生物活性。涂层具有一定的孔隙度，有利于新骨组织生长，同时还可吸附其它活性物 质及药物，可诱导或促进骨生长。但是目前国内外对三维编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材 料进行表面生物活性化改性的报道很少。其研究虽具有相当难度，但应用价值极大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面生物活性钙 磷层及制备。对三维编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材料进行活化及仿生矿化处理，可以得 到致密的生物活性钙磷层，有效提高该材料的生物活性，使其在生物医用领域得到更大的 应用。

本发明提供的一种三维编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面生物活性钙磷层是将 热压成型的三维编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材料进行打磨抛光，然后通过等离子处理、 离子注入处理或化学溶液处理等预处理工艺使复合材料表面具有活性，再将经过活化处理 的样品浸泡在模拟体液(SBF)中进行仿生矿化。

标准模拟体液的离子浓度为[Na⁺]：142.0mM、[K⁺]：5.0mM、[Mg²⁺]：2mM、[Ca²⁺]： 2.5mM、[Cl^-]：147.8mM、[HCO₃^-]：4.2mM、[HPO₄^2-]：1.0mM、[SO₄^2-]：0.4mM，以 三羟基氨基甲基甲烷(CH₂OH)₃CNH₂和HCl溶液为缓释剂调整溶液pH值为7.4。

钙磷层的厚度4-10μm，钙磷层原子比为1∶1-1.5.

本发明提供的三维编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面生物活性钙磷层及制备方 法包括的步骤：

1)将热压成型的纤维体积含量为18-54％的三维编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材料打 磨、抛光，使其粗糙度接近0.7nm，并进行超声清洗；

2)将样品进行活化处理，处理方式选自：碱液处理、复合活化处理、等离子处理或 金属离子注入处理；

3)在30-37.5℃条件下1.5倍(离子浓度)模拟体液(SBF)中浸泡7-30天，并每天 更换模拟体液。

所述的超声清洗条件为：分别以丙酮、无水乙醇、去离子水常温条件下超声清洗各 10min。

所述的碱液活化处理组成为：5mol/LNaOH溶液。条件为60℃浸润48h，取出，用 去离子水清洗并吹干。

所述的复合活化预处理包括的步骤：

1)先用科洛斯试剂(2ml HF(40％)+4ml HNO₃(66％)+994ml蒸馏水)室温下 浸泡10min；