[发明专利]具有抗菌及成骨整合性能的生物材料及其制备方法和应用

说明书

本发明适用于生物医用高分子材料技术领域，提供了一种具有抗菌及成骨整合性能的生物材料及其制备方法和应用，该制备方法包括：对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料进行表面磺化处理；将磺化处理后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料浸没在凝胶前体液中，并进行预先交联；所述凝胶前体液包括甲基丙烯酸酯化明胶、聚乙二醇二丙烯酸酯和氧化石墨烯‑羟基磷灰石复合材料；通过紫外辐照的方法对预先交联的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料进行接枝，得到生物材料。本发明通过以甲基丙烯酸酯化明胶/聚乙二醇二丙烯酸酯凝胶为中间媒介将氧化石墨烯‑羟基磷灰石复合材料负载到经过磺化处理的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的表面上，可以增强其抗菌性能和成骨整合能力。

技术领域

本发明属于生物医用高分子材料技术领域，尤其涉及一种具有抗菌及成骨整合性能的生物材料及其制备方法和应用。

背景技术

碳纤维增强聚醚醚酮(CFRPEEK)以其优良的热稳定性、机械性能、射线可透性、及生物相容性成为最有发展前途的、可代替传统金属植入体的硬组织修复材料。与具有超过100 GPa的高弹性模量的典型金属材料不同，具有不同纤维长度和取向的碳纤维增强聚醚醚酮（CFPEEK）具有接近皮质骨（~20 GPa）的可调节的弹性模量，这可以减轻植入物与人体骨骼之间的弹性失配导致的应力屏蔽引起的骨质疏松和骨吸收的风险。然而CFPEEK复合材料的生物惰性不利于细胞的生长与粘附，而且其劣势的成骨整合能力使其在植入人体后不能与人体骨组织形成牢固的键合，从而影响植入体材料在人体内的长期稳定性。并且CFRPEEK植入手术难免会在手术过程和术后康复过程中遇到细菌感染，为了避免细菌感染，通常使用抗生素来预防细菌感染，降低炎症发生的几率。在临床上广泛应用青霉素、链霉素、甲氧苄啶和四环素等抗生素来降低了病原性细菌感染疾病的发病率和死亡率。但是，长期滥用抗生素将使许多致病菌容易对各种抗生素产生耐药性，轻则导致病原体感染疾病久治不愈，降低治疗效果，重则导致患者病情的恶化甚至死亡。

因此对于生物材料表面改性应该同时具备促进成骨整合同时具有抗菌性能，但目前应用于骨科的功能化材料大多具有单一的促进骨整合或抗菌性能。很少有骨科材料会考虑到细菌感染，更不用说同时具备促进成骨分化骨整合及抗菌的多种功能化的材料。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种具有抗菌及成骨整合性能的生物材料的制备方法，旨在解决背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种具有抗菌及成骨整合性能的生物材料的制备方法，其包括以下步骤：

对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料进行表面磺化处理，得到磺化处理后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料；

将磺化处理后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料浸没在凝胶前体液中，并进行预先交联处理，得到预先交联的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料；所述凝胶前体液包括甲基丙烯酸酯化明胶、聚乙二醇二丙烯酸酯和氧化石墨烯-羟基磷灰石复合材料；

通过紫外辐照的方法对预先交联的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料进行接枝，得到具有三维凝胶结构表面的生物材料。

作为本发明实施例的一个优选方案，所述对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料进行表面磺化处理，得到磺化处理后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的步骤，具体包括：

将碳纤维增强聚醚醚酮复合材料依次经丙酮、乙醇、蒸馏水进行超声清洗后，再进行真空干燥，得到预处理后的生物材料；

将预处理后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料浸没在浓硫酸中进行搅拌后，再置于蒸馏水中以终止反应，然后依次在丙酮、蒸馏水中分别进行清洗，以去除浓硫酸残基后，再进行真空干燥，得到磺化处理后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。

作为本发明实施例的另一个优选方案，浓硫酸的质量浓度为90%~98%。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述将磺化处理后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料浸没在凝胶前体液中，并进行预先交联处理，得到预先交联的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的步骤，具体包括：