[发明专利]聚醚醚酮材料及基于等离子体浸没注入的改性方法与应用

说明书

本发明提供了一种聚醚醚酮材料及基于等离子体浸没注入的改性方法与应用。该改性方法包括：通过等离子体浸没离子注入技术在聚醚醚酮材料的表面沉积类金刚石薄膜、或者沉积类金刚石薄膜并引入含氮活性官能团，得到表面改性后的聚醚醚酮材料。该表面改性后的聚醚醚酮材料可应用于医用再生材料、功能性材料、生物活性材料等领域。本发明的改性方法在不降低主体材料优异的力学性能的同时极大提高了聚醚醚酮材料表面的生物活性，使其具有优异的生物相容性，并使其达到了在修复骨缺损的同时也促进新骨再生功能的效果。本发明提供的基于等离子体浸没离子注入技术的表面改性方法工艺简单，成本低，可批量生产，利于工业生产。

技术领域

本发明涉及一种聚醚醚酮材料及基于等离子体浸没注入的改性方法与应用，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

骨科材料植入是现代医学中用于目前临床治疗骨缺损病患的常见方法，其最大优点在于避免了自体骨移植对病人造成的二次伤害及异体骨移植所带来的病毒感染风险和严重免疫排斥反应。在已应用于临床的诸多骨科植入材料中，医用钛合金因其优异的耐腐蚀性及对成骨细胞和组织的相容性而最为广泛使用(Niinomi M.Mechanicalbiocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications.Journal ofthe Mechanical Behavior of Biomedical Materials 2008；1:30-42)。然而医用钛合金的弹性模量(55～120GPa)比人体皮质骨(17GPa)高出了2～6倍，这也导致了它在植入骨缺损部位后会由于对毗邻骨组织的应力屏蔽效应(stress shielding effect)而不利于植入物与骨组织界面附近的新骨生长。为了解决金属植入物的应力屏蔽问题，弹性模量与人体骨组织接近的聚醚醚酮(polyetheretherketone，简称PEEK)医用高分子材料脱颖而出(弹性模量5～8GPa)，其高分子链中同时具有刚性的芳香酮结构和柔性的醚键，使得该聚合物刚性与韧性兼备并取得平衡。PEEK作为骨科植入材料，如果通过与活性物质(羟基磷灰石等)共混来改性(Yu S,Hariram KP,Kumar R,Cheang P,Aik KK.In vitro apatiteformation and its growth kinetics on hydroxyapatite polyetheretherketonebiocomposites.Biomaterials 2005；26:2343-2352；Wong KL,Wong CT,Liu WC,Pan HB,Fong MK,Lam WM,Cheung WL,Tang WM,Chiu KY,Luk KD,Lu WW.Mechanical propertiesand in vitro response of strontium-containing hydroxyapatite/polyetheretherketone composites.Biomaterials 2009；30:3810-3817)，其力学性能发生改变后往往导致其与相邻骨组织不匹配，而对PEEK进行表面改性修饰则能有效地避免此类问题。

所谓表面改性，是指只改变试样表面性质而不影响基底材料的特殊样品处理方法。PEEK在生理环境中非常稳定，其在植入人体后与周围组织接触作用的仅是表面很小的厚度范围，对PEEK试样进行表面改性修饰不仅有效可行，其本身令人满意的力学性能也将在很大程度上得以保留。在材料表面改性的诸多方法中，等离子体浸没离子注入沉积(plasma immersion ion implantation，简称PIII)是一种将等离子体浸没和离子注入结合使用的表面改性技术(Chu PK.Recent developments and applications of plasmaimmersion ion implantation(PIII).Journal of Vacuum Science&Technology B 2004；22:289-296)，具有自己的特色之处：PIII处理试样过程中，样品首先浸没在等离子体的氛围中，然后通过脉冲负偏压对样品表面进行间歇式的离子注入改性。通过选择特定的实验参数，PIII在离子注入的过程中还可以同时具有沉积的作用(PIII&D)。