[发明专利]介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料及表面改性方法和应用

说明书

本发明公开了一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料及表面改性方法和应用。复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，其中纳米孔的孔径为4‑9nm，微米孔的孔径为1‑10μm，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，复合材料表面粗糙度Ra≥1μm，水接触角θ≤80°。表面改性方法包括如下步骤：将介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料烧结后进行表面喷砂粗化处理或砂纸打磨处理即可；其中喷砂粗化处理使用的喷砂原料为硅酸钙陶瓷颗粒。采用本发明方法表面改性后的聚醚醚酮复合材料显示出了优良的生物活性，对细胞的增殖粘附具有促进作用且具有一定的抑菌性能。

技术领域

本发明涉及一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料及表面改性方法和应用。

背景技术

植入材料的表面会和人体的细胞、组织进行相互的影响，材料的表面结构和特性会影响细胞粘附、增殖和分化，最终决定组织的生成量，这也是直接影响植入手术是否成功的基本原因。有科学研究表明有纹理的、粗糙的材料表面可以诱发细胞粘附、增殖、分化和细胞基质的生成。材料表面粗糙，会改变材料的比表面积和相关的性质(孔隙结构、材料的密度、润湿性能、浸透性、透气性和力学强度等)。粗糙的表面与光滑的材料表面做比较，带凹坑和凹槽的材料会具有更大的表面，这也会对材料与蛋白质的相互作用提供更多的空间。一般来说，材料表面越粗糙度、比表面积愈大，表面能也是愈高、表面的羟基基团愈多，这能促进细胞(成骨细胞)在材料表面的粘附与增殖。

喷砂和砂纸打磨是众多表面粗糙方法中比较普遍的方法。喷砂是把砂粒以很快的速度冲向需要处理的材料表面，1除了能增大材料表面的硬度和耐磨性能及形成残余压应力之外，1还能使材料表面变得粗糙，增大材料的表面积。目前通常采用Al₂O₃作为喷砂原料，但是在采用Al₂O₃喷砂完成后，很难将所有的刚玉全部清理下，导致被处理的材料表面必然会含有一定量的Al元素，而Al元素对人干细胞有一定的毒性。砂纸打磨是指用砂纸打磨需要处理的材料表面，使材料表面变得粗糙。

然而，无论是喷砂还是砂纸打磨均对被处理的材料类型具有局限性，一般只适合用于金属材料表面和部分高分子材料表面，并不适合用于高分子/无机非金属复合材料，因为一般的高分子/无机非金属复合材料的机械性能和摩擦性能较低，在外力作用下容易产生变形引起断裂破坏。但是，目前常用的金属植入材料，如钛合金，经喷砂或砂纸打磨后产生的碎屑很难完全处理，植入人体后容易产生细胞毒性，从而降低其生物相容性，故而在应用上具有局限性。而且传统的喷砂还是砂纸打磨只是能形成粗糙多孔表面，并不会形成生理磷灰石，也不会释放刺激细胞生长的离子。

介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料是一种优良的骨植入材料，但是其缺乏生物活性，不能很好地与骨组织形成骨整合。因此，对介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面处理就成了关键。然而传统的喷砂或砂纸打磨处理通常用于金属材料表面，只能形成粗糙多孔表面，不会形成生理磷灰石，也不会释放刺激细胞生长的离子，而且如上所述采用常规的Al₂O₃喷砂处理，容易在材料表面引入Al元素，对人干细胞产生毒性。

因此，研发一种可改善介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面生物活性，促进其植入体内与骨组织形成骨整合，且无毒性的表面改性方法成了本领域的重要研究课题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服现有的喷砂或砂纸打磨处理仅适合用于金属材料或部分高分子材料表面，且处理后不会形成生理磷灰石、也不会释放刺激细胞生长的离子的缺陷，以及现有的喷砂处理方法在喷砂完成后很难将喷砂原料处理干净，从而在植入材料表面引入毒性元素的缺陷，提供了一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料(m-CS/PK)及表面改性方法和应用。采用本发明方法表面改性后的聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，粗糙度增大，亲水性增加，暴露出更多的介孔硅酸钙，为其在复合材料表面形成纳米磷灰石层打下基础，从而促进细胞粘附与增殖，且暴露的介孔硅酸钙溶解释放出钙和硅离子，能够刺激细胞生长，刺激成骨细胞向骨细胞分化，同时还具有一定的抑菌性能。