聚醚酮酮基复合材料、组合物、修复体及制备方法、应用与流程

本发明涉及医学生物材料领域，尤其涉及一种聚醚酮酮基复合材料、组合物、修复体及制备方法、应用。

背景技术：

随着人口老龄化、中青年创伤的增加，骨修复材料成为临床需求量最大的生物医用材料之一。每年的骨组织缺损患者有数百万人，但目前临床上广泛应用的骨科固定材料及骨缺损修复材料均存在生物活性较差的问题。寻找更好的骨组织再生修复材料，是生物医用材料研究的前沿和热点。

目前市场上常用的骨修复材料主要分为三大类：金属材料、生物陶瓷/生物玻璃和高分子材料。金属材料，如钛合金，其具有优良的力学性能，已经广泛应用于临床，但其价格昂贵且弹性模量远远高于骨组织，植入体内后会产生应力遮挡，引起骨吸收、骨萎缩，进而导致植入体松动引起一系列并发症；生物陶瓷材料，如羟基磷灰石，其具有很好的生物活性，但是它是一种脆性材料，不宜做承重骨修复；高分子材料，如聚醚酮酮，其弹性模量与骨相近，不会造成骨吸收和界面松动，力学性能优良，且其生物相容性好，耐腐蚀性能好。但聚醚酮酮是一种生物惰性材料，不能形成骨性结合；聚醚酮酮植入后，在聚醚酮酮材料和组织之间易形成纤维界膜，进而导致聚醚酮酮植入体的松动甚至脱落。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，1这也是直接影响植入手术是否成功的基本原因。

中国专利申请cn104870564a公开了一种聚合物组合物，用于制造作为人造身体部分的假体装置，该聚合物组合物包含至少一种聚芳醚酮聚合物[(paek)聚合物和至少一种从1.3至2.5的电负性(ε)的元素的氮化物，但是其仅仅侧重材料的机械性能，并未对生物活性的指标进行测试，更未提及材料的抗菌性能。而且，常用的骨修复材料往往只具有生物活性，能促进新骨的再生，但是往往不能解决术后感染的问题，生物活性也不够高。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于克服现有技术中的骨修复材料生物活性低，抗菌性能差的缺陷，提供了一种聚醚酮酮基复合材料、组合物、修复体及制备方法、应用。本发明的聚醚酮酮基复合材料、组合物、修复体及制备方法、应用能够提高聚醚酮酮基复合材料的生物活性，具有良好的生物相容性、成骨性和抗菌性，与骨组织有较匹配的力学性能，能促进成骨细胞的粘附、增殖和分化，抑制细菌感染。介导细胞定向生长。该聚醚酮酮基复合材料的制备方法简单易行，可调整制备工艺来制备不同形状、规格和力学性能的骨修复材料来适应临床的使用需求，为生物活性骨修复或替代材料的制备提供了重要材料基础。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供一种聚醚酮酮基原料组合物，其包括下述组分：聚醚酮酮粉末和氮化硅粉末；所述聚醚酮酮粉末和所述氮化硅粉末的质量比为(1～3)：(2～4)，所述氮化硅的d50粒径为0.5～3.5μm。

在本发明中，所述氮化硅的d50粒径可以为0.5μm，1.5μm，2μm，2.5μm，3μm，3.5μm。优选地，所述氮化硅的d50粒径为1.5～3μm。进一步优选地，所述氮化硅的d50粒径为2.5μm。

优选地，在所述聚醚酮酮基原料组合物中，所述聚醚酮酮粉末和所述氮化硅粉末的质量比为(20wt％～60wt％)：(40wt％～80wt％)，例如54wt％：46wt％、44wt％：56wt％、34wt％：66wt％、28wt％：72wt％。

进一步优选地，在所述聚醚酮酮基原料组合物中，所述聚醚酮酮与所述氮化硅的比例为(28wt％～54wt％)：(46wt％～72wt％)。

进一步优选地，在所述聚醚酮酮基原料组合物中，所述聚醚酮酮与所述氮化硅的比例为28wt％：72wt％。

本发明经过反复试验发现，氮化硅含量越高，材料的生物活性和抗菌性能越好，但是氮化硅的质量比超过72％时，材料的力学性能下降，所以优选聚醚酮酮和氮化硅的粉末的质量比为28wt％：72wt％。

本发明的聚醚酮酮为常规医用级即可，优选地，所述聚醚酮酮的聚合度为10³-10⁵，进一步优选为10⁴，优选地，所述聚醚酮酮的密度为1.2g/cm³～1.4g/cm³，进一步优选为1.3g/cm³。

优选地，本发明的氮化硅粉末密度为3.1g/cm³～3.3g/cm³，进一步优选为3.2g/cm³。

优选地，所述聚醚酮酮的d50粒径为15～25μm，例如15μm，20μm，25μm。

本发明的聚醚酮酮购自恩菲尔德牛津性能材料，d50粒径为15μm、20μm和25μm，型号为oxpekk-c。本发明的氮化硅购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，型号为β相，纯度为99.9％，d50粒径范围为1.5μm、2μm、2.5μm和3μm。

本发明中，所述聚醚酮酮基原料组合物的制备方法可通过本领域常规方法制得，一般将各组分混合均匀后，先在乙醇中清洗，烘干，然后在去离子水中清洗后，烘干即可。

优选地，将所述混合均匀后的物料分别先后倒入无水乙醇和去离子水中，超声清洗分散后置于70～80℃烘箱内烘干，即得所述聚醚酮酮基原料组合物。

本发明还提供了一种聚醚酮酮基复合材料，所述聚醚酮酮基复合材料包括聚醚酮酮基体和氮化硅粉末，所述氮化硅的粒径为0.5～3.5μm，其中至少部分所述氮化硅的颗粒裸露在所述聚醚酮酮基复合材料的表面，且所述氮化硅在所述聚醚酮酮基复合材料的表面的平均面积占比为20％-62％。

在本发明中，所述氮化硅在所述聚醚酮酮基复合材料的表面的平均面积占比可以为20％、26％、34％、43％、44％、51％、60％、62％。优选地，所述氮化硅在所述聚醚酮酮基复合材料的表面的平均面积占比为34％-62％，进一步优选地为51％-60％。

优选地，所述聚醚酮酮基复合材料采用所述聚醚酮酮基原料组合物制成。

优选地，所述聚醚酮酮基复合材料的表面粗糙度ra值为2.09～2.92μm。

优选地，所述聚醚酮酮基复合材料的表面为多孔形貌或沟槽形貌。

其中，当所述聚醚酮酮基复合材料的表面具有多孔结构时，进一步优选地，孔径大小为3～5μm，且所述氮化硅粉末嵌入在多孔内。

其中，当所述聚醚酮酮基复合材料的表面具有沟槽结构时，进一步优选地，沟槽宽度为20～60μm，沟槽间距为20～60μm，沟槽深度为5～10μm。

本发明还提供了一种聚醚酮酮基复合材料的制备方法，其包括下述步骤：将所述聚醚酮酮基原料组合物加工成型即可，其中所述加工成型为冷压烧结成型、热压烧结成型或挤出注塑成型。

本发明中，所述加工成型后得到的聚醚酮酮基复合材料的形状不限。若所述加工成型中所用的模具为骨修复体产品的模具，则所述的聚醚酮酮基复合材料可直接用作骨修复体。若所述加工成型中所用的模具不是骨修复体产品的模具，则可通过后续的加工处理操作，例如研磨、机械加工等工序，以制备所需形状的骨修复体。

当所述加工成型为冷压烧结成型时，优选地，将所述聚醚酮酮基原料组合物在模具中压制成型，再在烧结炉中烧结成型。所述烧结成型的过程中，烧结炉的升温速度优选地为2～3℃/min。所述烧结成型的温度优选地为358～378℃。所述烧结成型的保温时间优选地为2～3小时。

当所述加工成型为热压烧结成型时，优选地，将所述聚醚酮酮基原料组合物在加热模具中进行热压烧结成型。其中，所述热压烧结成型过程中，热压温度优选地为350～365℃。热压压力优选地为2～5mpa。热压保温时间优选地为0.5～1小时。

当所述加工成型为挤出注塑成型时，优选地，将所述聚醚酮酮基原料组合物进行熔融共混，挤出成型，形成大小为2～4mm的母粒，将所述母粒在注塑机中注塑成型即得。所述挤出成型优选地采用双螺杆挤出机进行。所述挤出成型的温度优选地为380～400℃。所述挤出成型的压力优选地为80～100mpa。所述注塑成型的温度优选地为380～400℃。所述注塑成型的压力优选地为100～120mpa。

优选地，在所述聚醚酮酮基复合材料的制备方法中，加工成型之后，利用飞秒激光仪在所述聚醚酮酮基复合材料的表面进行刻蚀，使所述聚醚酮酮基复合材料的表面形成沟槽结构。

在本发明中，刻蚀的操作为本领域常规操作即可。优选地，所述刻蚀的操作包括下述步骤：将飞秒激光光斑聚焦到聚醚酮酮基复合材料表面，并按同一方向扫描刻蚀。所述飞秒激光刻蚀的过程中，具体参数优选如下：飞秒激光的输出波长优选地为800nm，脉冲宽度优选地为300fs，频率优选地为1000hz，光功率优选地为0～50mw，扫描速度优选地为400～800μm/s。

在本发明中，沟槽结构为本领域常规的沟槽结构即可。所述沟槽结构的尺寸优选如下：沟槽宽度优选地为20～60μm，沟槽间距优选地为20～60μm，沟槽深度优选地为5～10μm。

本发明还提供了一种聚醚酮酮基复合材料的制备方法，其中在浓硫酸悬浮液中对烧结过的聚醚酮酮材料表面进行腐蚀，清洗后即得。其中，所述浓硫酸悬浮液中，氮化硅粉末的含量为5wt％～10wt％。所述氮化硅在所述聚醚酮酮基复合材料的表面的平均面积占比为20％～62％。

在本发明中，所述浓硫酸悬浮液的制备方法为本领域常规方法即可。优选地，所述浓硫酸悬浮液的制备方法优选包括下述步骤：所述氮化硅粉末加入到96％～98％的浓硫酸溶液中，超声分散20～30min，即可。

优选地，在所述浓硫酸悬浮液中，氮化硅浓度为10wt％。当氮化硅悬浮液浓度达到10wt％时，聚醚酮酮材料表面几乎涂满了氮化硅。

在本发明中，所述聚醚酮酮材料的制备方法为本领域常规的粉末烧结方法。所述烧结过的聚醚酮酮材料优选通过下述步骤制得：将聚醚酮酮粉末依次置于乙醇和去离子水中，超声清洗后，冷压烧结成型即得。其中，所述聚醚酮酮粉末的d50粒径为15～25μm。所述冷压烧结过程中，升温速度优选地为2～3℃/min，温度优选地为350～365℃，保温时间优选地为2～3小时。

在本发明中，所述腐蚀的方法为本领域常规方法即可。优选地，所述腐蚀的操作优选包括下述步骤：将烧结后的聚醚酮酮材料放入所述浓硫酸悬浮液中搅拌10～20min即可。

在本发明中，所述清洗的方法为本领域常规方法即可。所述清洗的步骤优选包括下述步骤：在100℃水浴中浸泡12～16小时后，再分别在乙醇和去离子水中超声振荡20～30min，即可。

在本发明中，所述聚醚酮酮基复合材料表面形成的多孔的孔径为本领域常规孔径即可。优选地，所述聚醚酮酮基复合材料表面形成的多孔的孔径为3～5μm。

本发明还提供了一种聚醚酮酮基复合材料，其采用上述制备方法制得。

本发明还提供了一种上述聚醚酮酮基复合材料在骨修复体中的应用。

本发明还提供了一种骨修复体的制备方法，其采用上述聚醚酮酮基复合材料加工成型即可，其中所述加工成型为冷压烧结成型、热压烧结成型或挤出注塑成型。

本发明还提供了一种骨修复体，其采用上述的骨修复体的制备方法制备。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明中，所述聚醚酮酮基复合材料的力学性能指标大致如下：

弹性模量为4.4～5.5gpa，抗压强度为144～158mpa，抗拉强度为86～91mpa，抗弯强度为85～87mpa。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

(1)本发明的聚醚酮酮基复合材料具有良好的促成骨性和生物相容性，能够促进成骨细胞的粘附、增殖和分化。表面硅离子的释放可刺激细胞生长，刺激成骨细胞向骨细胞分化。

(2)本发明的聚醚酮酮基复合材料具有良好的抗菌性能，能有效地防止术后感染，避免二次手术的风险。植入生物体内后能抑制感染，促进新骨再生，保证植入体的长期稳定。

(3)本发明的聚醚酮酮基复合材料的制备方法简单易行，可根据临床需求相应调整聚醚酮酮基复合材料的制备工艺来制备不同形状、规格和力学性能的骨修复体(如骨科固定器械、骨缺损填充材料等)。

(4)本发明的骨修复体既保留了聚醚酮酮基骨修复体原有的性质，又使骨修复体表面暴露出更多的氮化硅，提高了骨修复体的生物活性，且表面沟槽结构能介导细胞定向生长，促进骨整合，提高植入后的稳定性。

(5)本发明的聚醚酮酮基复合材料力学性能优良、同时显著提高成骨生物活性和抗菌性，为生物活性骨修复体或替代材料的制备提供了重要实验基础。

附图说明

图1是实施例7中纯聚醚酮酮材料和实施例1-2制备的聚醚酮酮基复合材料的sem照片，其中a,d是纯聚醚酮酮材料；b,e是实施例1制备的聚醚酮酮基复合材料；c,f是实施例2制备的聚醚酮酮基复合材料。

图2是实施例7中纯聚醚酮酮材料和实施例1-2制备的聚醚酮酮基复合材料水接触角柱状图。

图3是大鼠骨髓间充质干细胞在实施例7中纯聚醚酮酮材料和实施例1-2制备的聚醚酮酮基复合材料表面培养24h后的细胞粘附的3d激光共聚焦显微镜照片。a是纯聚醚酮酮材料；b是实施例1制备的聚醚酮酮基复合材料；c是实施例2制备的聚醚酮酮基复合材料。

图4是大鼠骨髓间充质干细胞在实施例7中纯聚醚酮酮材料和实施例1-2制备的聚醚酮酮基复合材料表面培养不同时间细胞的od值柱状图。

图5是大鼠骨髓间充质干细胞在实施例7中纯聚醚酮酮材料和实施例1-2制备的聚醚酮酮基复合材料表面培养不同时间细胞的alp活性柱状图。

图6是实施例7中纯聚醚酮酮材料和实施例1-2制备的聚醚酮酮基复合材料对金黄色葡萄球菌的抑菌圈照片。a是纯聚醚酮酮材料；b是实施例1制备的聚醚酮酮基复合材料；c是实施例2制备的聚醚酮酮基复合材料。

图7是对比例1制备的改性纯聚醚酮酮材料和实施例7-8制备的聚醚酮酮材料的sem照片。其中a,d是对比例1制备的改性纯聚醚酮酮材料；b,e是实施例7制备的聚醚酮酮基复合材料；c,f是实施例8制备的聚醚酮酮基复合材料。

图8是对比例1制备的改性纯聚醚酮酮材料和实施例7-8制备的表面改性聚醚酮酮材料的水接触角柱状图。

图9是大鼠骨髓间充质干细胞在改性纯聚醚酮酮材料和实施例7-8制备的表面改性聚醚酮酮表面培养24h后的细胞粘附3d激光共聚焦显微镜照片。a是改性纯聚醚酮酮材料；b是实施例7制备的聚醚酮酮基复合材料；c是实施例8制备的聚醚酮酮基复合材料。

图10是大鼠骨髓间充质干细胞在对比例1制备的改性纯聚醚酮酮材料和实施例7-8制备的表面改性聚醚酮酮表面涂层氮化硅材料表面培养不同时间细胞的od值的柱状图。

图11是大鼠骨髓间充质干细胞在对比例1制备的改性纯聚醚酮酮材料和实施例7-8制备的表面改性聚醚酮酮表面涂层氮化硅材料表面培养不同时间细胞的alp活性柱状图。

图12是实施例9-11制备的聚醚酮酮基复合材料的sem照片。a是实施例9制备的聚醚酮酮基复合材料；b是实施例10制备的聚醚酮酮基复合材料；c是实施例11制备的聚醚酮酮基复合材料。

图13是大鼠骨髓间充质干细胞在实施例2制备的聚醚酮酮基复合材料和实施例9-11制备的聚醚酮酮基复合材料表面培养24h后的细胞粘附照片。a是实施例2制备的聚醚酮酮基复合材料；b是实施例9制备的聚醚酮酮基复合材料；c是实施例10制备的聚醚酮酮基复合材料；d是实施例11制备的聚醚酮酮基复合材料。

图14是大鼠骨髓间充质干细胞在实施例9-11制备的表面改性聚醚酮酮基复合材料表面培养不同时间细胞的od值柱状图。

图15是大鼠骨髓间充质干细胞在实施例9-11制备的表面改性聚醚酮酮基复合材料表面培养不同时间细胞的alp活性柱状图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

本发明的聚醚酮酮购自恩菲尔德牛津性能材料，d50粒径为15μm、20μm和25μm，型号为oxpekk-c。本发明的氮化硅购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，型号为β相，纯度为99.9％，d50粒径范围为1.5μm、2μm、2.5μm和3μm。

实施例1

将4.6kgd50粒径为2.5μm的氮化硅粉末和5.4kgd50粒径为20μm聚醚酮酮粉末均匀混合，得混合粉末；然后将混合粉末倒入无水乙醇中，超声清洗分散，然后置于80℃烘箱内烘干，再倒入去离子水中，超声清洗分散，然后置于80℃烘箱内烘干，即得到聚醚酮酮基原料组合物；将聚醚酮酮基原料组合物在加热模具中热压烧结成型，即得聚醚酮酮基复合材料；热压温度为356℃；压力为3mpa；热压保温时间为40min。

实施例2

将7.2kgd50粒径为2μm的氮化硅粉末和2.8kgd50粒径为15μm的聚醚酮酮粉末均匀混合，得混合粉末；然后将混合粉末用双螺杆挤出机高温熔融共混后挤出造粒，得到聚醚酮酮基复合材料母粒，熔融挤出的温度为390℃；双螺杆挤出机的压力为90mpa。将聚醚酮酮基复合材料母粒在注塑机中进行注塑成型，即得聚醚酮酮基复合材料；注塑温度为390℃；注塑成型压力为110mpa。

实施例3

将4.6gd50粒径为3μm的氮化硅粉末和5.4gd50粒径为25μm的聚醚酮酮粉末均匀混合；然后将混合粉末倒入无水乙醇中，超声清洗分散，然后置于80℃烘箱内烘干，再倒入去离子水中，超声清洗分散，然后置于80℃烘箱内烘干，即得到聚醚酮酮基原料组合物；将聚醚酮酮基原料组合物经过冷压烧结成型，即得聚醚酮酮基复合材料；其中，烧结炉的升温速度为2℃/min；烧结温度为360℃；烧结保温时间为2小时。

实施例4

将5.6gd50粒径为3μm的氮化硅粉末和4.4gd50粒径为25μm的聚醚酮酮粉末均匀混合；然后将混合粉末倒入无水乙醇中，超声清洗分散，然后置于80℃烘箱内烘干，再倒入去离子水中，超声清洗分散，然后置于80℃烘箱内烘干，即得到聚醚酮酮基原料组合物；将聚醚酮酮基原料组合物经过冷压烧结成型，即得聚醚酮酮基复合材料；烧结炉的升温速度为2℃/min；烧结温度为362℃；烧结保温时间为2小时。

实施例5

将6.6gd50粒径为1.5μm的氮化硅粉末和3.4gd50粒径为15μm的聚醚酮酮粉末均匀混合；然后将混合粉末倒入无水乙醇中，超声清洗分散，然后置于80℃烘箱内烘干，再倒入去离子水中，超声清洗分散，然后置于80℃烘箱内烘干，即得到聚醚酮酮基原料组合物；将聚醚酮酮基原料组合物经过冷压烧结成型，即得聚醚酮酮基复合材料；烧结炉的升温速度为2℃/min；烧结温度为368℃；烧结保温时间为2.5小时。

实施例6

将7.2gd50粒径为1.5μm的氮化硅粉末和2.8gd50粒径为15μm的聚醚酮酮粉末均匀混合；然后将混合粉末倒入无水乙醇中，超声清洗分散，然后置于80℃烘箱内烘干，再倒入去离子水中，超声清洗分散，然后置于80℃烘箱内烘干，即得到聚醚酮酮基原料组合物；将聚醚酮酮基原料组合物经过冷压烧结成型，即得聚醚酮酮基复合材料；烧结炉的升温速度为2℃/min；烧结温度为368℃；烧结保温时间为2.5小时。

实施例7

制备纯聚醚酮酮材料：将d50粒径为20μm的纯聚醚酮酮粉末先后置于无水乙醇和去离子水中，超声清洗，除去杂质，然后经过冷压烧结成型，即得；烧结的升温速度为2℃/min；烧结温度为355℃；烧结保温时间为2小时。

然后称取2g氮化硅粉末加入到20ml98％的浓硫酸溶液中，置于超声振荡仪中超声分散20min，制得分散均匀的5wt％氮化硅的浓硫酸悬浮液；将烧结过的聚醚酮酮材料加入到悬浮液中搅拌10min，取出，置于100℃水浴中浸泡12小时，再分别用乙醇、去离子水清洗以去除酸物质，然后将材料置于超声振荡仪中超声清洗30min去除嵌入不牢固的氮化硅粉末，即得聚醚酮酮基复合材料。

实施例8

制备纯聚醚酮酮材料：将d50粒径为20μm的纯聚醚酮酮粉末先后置于无水乙醇和去离子水中，超声清洗，除去杂质，然后经过冷压烧结成型，即得；烧结的升温速度为2℃/min；烧结温度为355℃；烧结保温时间为2小时。

然后称取4g氮化硅粉末加入到20ml98％的浓硫酸溶液中，置于超声振荡仪中超声分散20min，制得分散均匀的10wt％氮化硅的浓硫酸悬浮液；将烧结过得聚醚酮酮材料加入到悬浮液中搅拌10min，取出，置于100℃水浴中浸泡12小时，再分别用乙醇、去离子水清洗以去除酸物质，然后将材料置于超声振荡仪中超声30min去除嵌入不牢固的氮化硅粉末，即得聚醚酮酮基复合材料。

实施例9

利用飞秒激光对实施例2制得的聚醚酮酮基复合材料的表面沿同一方向进行光刻蚀。飞秒激光的参数为：输出波长800nm，脉冲宽度300fs，频率1000hz，光功率25mw，扫描速度400μm/s。调整扫描次数，使得刻蚀出的沟槽呈平行排列，沟槽的宽度为20μm，深度为10μm，沟槽间距为20μm。

实施例10

利用飞秒激光对实例4制得的聚醚酮酮基复合材料的表面沿同一方向进行光刻蚀。飞秒激光的参数为：输出波长800nm，脉冲宽度300fs，频率1000hz，光功率20mw，扫描速度600μm/s。调整扫描次数，使得刻蚀出的沟槽呈平行排列，沟槽的宽度为40μm，深度为10μm，沟槽间距为40μm。

实施例11

利用飞秒激光对实例4制得的聚醚酮酮基复合材料的表面沿同一方向进行光刻蚀。所述飞秒激光的参数为：输出波长800nm，脉冲宽度300fs，频率1000hz，光功率15mw，扫描速度800μm/s。调整扫描次数，使得刻蚀出的沟槽呈平行排列，沟槽的宽度为60μm，深度为10μm，沟槽间距为60μm。

对比例1

制备改性纯聚醚酮酮材料：将烧结过的纯聚醚酮酮材料浸泡在98％浓硫酸溶液中，搅拌10min，取出，置于100℃水浴中浸泡12小时，再分别用乙醇、去离子水清洗以去除酸物质，然后将材料置于超声振荡仪中超声清洗30min，即得改性纯聚醚酮酮材料。

效果实施例1

力学性能试验：

弹性模量测试标准：iso527

抗压强度测试标准：iso527

抗拉强度测试标准：gb/t228.1-2010

抗弯强度测试标准：gb/t6569-86

对上述实施例1-6制备的聚醚酮酮基复合材料进行了力学性能测试，测试结果见表1。

表1各实施例的聚醚酮酮基复合材料的力学性能

在下述的效果实施例中，sem照片、水接触角实验、细胞粘附增殖实验、细胞分化实验、抗菌性实验所采用的试样的形状均为直径为10mm，厚度为2mm的圆片。

由表1可见，本发明的聚醚酮酮基复合材料的弹性模量比纯pekk略优，并且，氮化硅含量越高，弹性模量越高。相比于人骨3-8的弹性模量范围，本发明的聚醚酮酮基复合材料的弹性模量更贴近与人骨的中间值。本发明的聚醚酮酮基复合材料的抗压强度明显高于纯pekk，并且氮化硅含量越高，抗压强度越高。本发明的聚醚酮酮基复合材料的抗拉强度与人骨接近，明显低于纯pekk，并且同样氮化硅含量越高，抗拉强度越高。本发明的聚醚酮酮基复合材料的抗弯强度比纯pekk略优，并且，氮化硅含量越高，抗弯强度越高。由此可见在本发明中，加入氮化硅对于聚醚酮酮基体的各项力学性能均有提升。

本发明聚醚酮酮基复合材料与人骨的弹性模量相近，且在力学性能中的各个参数指标方面，本发明聚醚酮酮基复合材料相比于纯pekk具有更优秀的力学性能，非常适合于作为人体硬组织的替代材料。

效果实施例2

sem照片和水接触角实验

如图1中所示，图1a和图1d是实施例7中的纯聚醚酮酮材料的sem照片，可以看出，纯聚醚酮酮材料的表面较为平滑。图1d和图1e是实施例1制备的聚醚酮酮基复合材料，由于加入了占聚醚酮酮基复合材料质量分数为46％的氮化硅粉末，因此表面粗糙度有所增大。图1c和图1f是实施例2制备的聚醚酮酮基复合材料，由于加入了占聚醚酮酮基复合材料质量分数为72％的氮化硅粉末，因此表面粗糙度相对于实施例1的试样显著增大。

如图2所示，对实施例7中纯聚醚酮酮材料和实施例1-2制备的聚醚酮酮基复合材料做水接触角实验显示，实施例7中纯聚醚酮酮材料的水接触角为81.87°，实施例1制备的聚醚酮酮基复合材料的水接触角为70.74°，实施例2制备的聚醚酮酮基复合材料的水接触角为63.65°。由此看出，聚醚酮酮基复合材料的亲水性相对于纯聚醚酮酮材料有显著改善，而且表面形貌越粗糙，水接触角越小，亲水性越好。

效果实施例3

细胞粘附增殖实验

对实施例1-6制得的聚醚酮酮基复合材料进行细胞粘附增殖实验，其中细胞粘附增殖实验的具体方法如下：

将大鼠骨髓间充质干细胞以每孔1×104的密度接种在试样表面，培养24h后分别使用dapi(4',6-二脒基-2-苯基吲哚)和fitc(异硫氰酸荧光素)对细胞核和细胞质进行染色，于3d激光共聚焦显微镜下观察细胞粘附情况，如图3。图3中a为纯聚醚酮酮材料组24h细胞粘附情况，b为实施例1制得的聚醚酮酮基复合材料24h细胞粘附情况，c为实施例2制得的聚醚酮酮基复合材料24h细胞粘附情况。结果表明，两种聚醚酮酮基复合材料表面均有较多细胞粘附，且细胞铺展状态良好；实施例2的聚醚酮酮基复合材料组粘附的细胞数量更多，且具有更好的粘附形态，表明其具有更好的细胞相容性。

采用cck8法进行细胞增殖实验。cck8是cellcountingkit的简称，(cck-8/wst-8)试剂盒，是一种基于wst-8(化学名：2-(2-甲氧基-4-硝苯基)-3-(4-硝苯基)-5-(2,4-二磺基苯)-2h-四唑单钠盐)的广泛应用于细胞增殖和细胞毒性的快速高灵敏度检测试剂盒。在细胞接种开始前，先把材料试样通过环氧乙烷消毒灭菌，放进24孔板内，然后在试样上接种1×104个细胞/ml的大鼠骨髓间充质干细胞。培养过程中每两天更换一次细胞培养液，在细胞培养了1、3和7天之后，在相应的时间点，取出材料放进新的24孔板内，添加500μl的cck8试剂，放回培养箱中培养4小时，然后从中吸100μl培养液到96孔板内，采用酶标仪在490nm位置，测定对应的光密度值(od)。图4是大鼠骨髓间充质干细胞在实施例7中纯聚醚酮酮材料和实施例1-2制备的聚醚酮酮基复合材料表面培养1天、3天和5天细胞的od值柱状图，可见实施例2的聚醚酮酮基复合材料的细胞增殖能力最高，实施例1次之。纯聚醚酮酮材料的细胞增殖能力最低。细胞粘附增殖实验实施例3-6中，实施例6材料表面细胞粘附增殖情况最好，即随着氮化硅含量增加，复合材料的细胞粘附增殖能力明显提高。

效果实施例4

细胞分化实验

对实施例1-6制得的聚醚酮酮基复合材料进行细胞分化实验，其中细胞分化实验的具体方法如下：

采用碱性磷酸酶(alp)测试盒，研究细胞在材料上的分化情况。先用环氧乙烷将样品进行消毒灭菌，然后放入24孔板内，在材料表面接种2.5×104个细胞/ml的大鼠骨髓间充质干细胞。采用alp染色观察细胞在材料表面培养7、10和14天后的分化情况，细胞培养的过程中，每隔两天重新换一次细胞培养液。在对应的时间，吸去孔板中的培养基，然后用pbs缓冲液清洗孔三次。

在放有材料的孔中加入500μl浓度为1％的乙基苯基聚乙二醇溶液，以获得细胞裂解液。裂解完成之后，把1mg/ml的p-硝基苯磷酸盐溶液在每孔加入50μl，室温下经过15min后，通过添加100μl的0.1m的naoh溶液终止反应。最终用酶标仪在405nm的波长处测量孔中的od值，并按照od值计算细胞的alp活性。以不添加氮化硅的纯聚醚酮酮材料为对照组。结果见图5。图5是大鼠骨髓间充质干细胞在实施例7中纯聚醚酮酮材料和

实施例1-2制备的聚醚酮酮基复合材料表面培养7天、10天和14天细胞的alp(碱性磷酸酶)活性柱状图。

从图5中看出，随着细胞培养时间的延长，三种样品上的细胞alp活性都逐渐增强。总体而言，实施例2制得的聚醚酮酮基复合材料的细胞分化活性最高，实施例1次之。纯聚醚酮酮材料的细胞分化活性最低。所以，随着氮化硅的加入，聚醚酮酮基复合材料对细胞的分化有良好的促进作用。细胞分化实验实施例3-6中，实施例6材料表面细胞成骨分化情况最好，即随着氮化硅含量增加，复合材料的细胞分化能力明显提高。

效果实施例5

抗菌实验

对实施例1-6制得的聚醚酮酮基复合材料进行抗菌实验，其中采用抑菌圈法测试聚醚酮酮基复合材料对金葡菌的抗菌效果。抑菌圈试验方法：用接种环挑取各试管斜面的菌种于带玻璃珠的无菌水中，用手振荡数分钟使孢子分散，过滤后制成混合孢子悬液；用无菌吸管(或针筒)向各培养皿中注入一定浓度的混合孢子悬浮液0.5ml；向各培养皿内注入15～20ml的熔化状琼脂培养基(约45℃)，将菌液与培养基混合均匀，待其冷却。用镊子将样品置于带菌培养基平板的中央，盖上盖子置于适宜温度下，培养2～3天，观察滤纸片圆片周围抑菌圈的有无及大小。测试结果见图6。图6是实施例7中纯聚醚酮酮材料和实施例1-2制备的聚醚酮酮基复合材料对金黄色葡萄球菌的抑菌圈照片。a是纯聚醚酮酮材料；b是实施例1制备的聚醚酮酮基复合材料；c是实施例2制备的聚醚酮酮基复合材料。

从图6中可以看出纯聚醚酮酮材料组在细菌的培养皿中没有出现抑菌圈，说明纯聚醚酮酮材料对金葡菌没有抑制作用。实施例1组和实施例2组，在培养皿中都出现了明显的抑菌圈，其中实施例2组的抑菌圈比实施例1组大，说明随着氮化硅含量的增加，聚醚酮酮基复合材料的抗菌性能逐渐提高。抗菌实验实施例3-6中，实施例6材料抗菌性能最好，即随着氮化硅含量增加，复合材料的抗菌能力明显提高。

效果实施例6

sem照片和水接触角实验

如图7中所示，图7a和图7d是对比例1中的改性纯聚醚酮酮材料的sem照片，可以看出，改性纯聚醚酮酮材料的表面具有非常细且平均分布的微孔。图7d和图7e是实施例7制备的聚醚酮酮基复合材料，由于采用5wt％氮化硅的浓硫酸悬浮液对纯聚醚酮酮材料进行腐蚀，因此表面嵌入了一定量的氮化硅粉末。图7c和图7f是实施例8制备的聚醚酮酮基复合材料，由于采用5wt％氮化硅的浓硫酸悬浮液对纯聚醚酮酮材料进行腐蚀，因此表面嵌入了更多的氮化硅粉末。如图8所示，对对比例1制备的改性纯聚醚酮酮材料和实施例7-8制备的表面改性聚醚酮酮材料做水接触角实验显示，对比例1中改性纯聚醚酮酮材料的水接触角为90°，实施例7制备的表面改性聚醚酮酮基复合材料的水接触角为57°，实施例8制备的表面改性聚醚酮酮基复合材料的水接触角为54°。由此看出，采用氮化硅的浓硫酸悬浮液腐蚀过的聚醚酮酮基复合材料的亲水性相对于用浓硫酸腐蚀过的纯聚醚酮酮材料有显著改善，而且氮化硅含量越高，水接触角越小，亲水性越好。

效果实施例7

细胞粘附增殖实验

对实施例7和8制备的聚醚酮酮基骨修复材料进行细胞粘附增殖实验，其中细胞粘附增殖实验的具体方法如下：

将大鼠骨髓间充质干细胞以每孔1×10⁴的密度接种在复合样品表面，培养24h后分别使用dapi和fitc对细胞核和细胞质进行染色，于3d激光共聚焦显微镜下观察细胞粘附情况，如图9。图9a为纯浓硫酸改性pekk组24h细胞粘附情况，图9b为实施例7组24h细胞粘附情况，图9c为实施例8组24h细胞粘附情况。结果表明，采用氮化硅的浓硫酸悬浮液腐蚀过的聚醚酮酮基复合材料表面均有较多细胞粘附，且细胞铺展状态良好；实施例8组粘附的细胞数量更多，且具有更好的粘附形态，具有更好的细胞相容性，表明聚醚酮酮基复合材料表面的氮化硅含量越高，细胞粘附效果越好。

采用cck8法进行细胞增殖实验。在细胞接种开始前，先把材料样品通过环氧乙烷消毒灭菌，放进24孔板内，然后在材料上接种1×10⁴个细胞/ml的大鼠骨髓间充质干细胞细胞。培养过程中每两天更换一次细胞培养液，在细胞培养了1、3和7天之后，在相应的时间点，取出材料放进新的24孔板内，添加500μl的cck8试剂，放回培养箱中培养4小时，然后从中吸100μl培养液到96孔板内，采用酶标仪在490nm位置，测定对应的光密度值(od)。结果见图10，可见实施例8制备的聚醚酮酮基复合材料的细胞增殖能力最高，实施例7制备的聚醚酮酮基复合材料的细胞增殖能力次之，对比例1制备的改性纯聚醚酮酮材料的细胞增殖能力最低。

效果实施例8

细胞分化实验

对实施例7和8制备的聚醚酮酮基复合材料进行细胞分化实验，其中细胞分化实验的具体方法如下：

采用碱性磷酸酶(alp)测试盒，研究细胞在材料上的分化情况。先用环氧乙烷将样品进行消毒灭菌，然后放入24孔板内，在材料表面接种2.5×104个细胞/ml的大鼠骨髓间充质干细胞。采用alp染色观察细胞在材料表面培养7、10和14天后的分化情况，细胞培养的过程中，每隔两天重新换一次细胞培养液。在对应的时间，吸去孔板中的培养基，然后用pbs缓冲液清洗孔三次。

在放有材料的孔中加入500μl浓度为1％的乙基苯基聚乙二醇溶液，以获得细胞裂解液。裂解完成之后，把1mg/ml的p-硝基苯磷酸盐溶液在每孔加入50μl，室温下经过15min后，通过添加100μl的0.1m的naoh溶液终止反应。最终用酶标仪在405nm的波长处测量孔中的od值，并按照od值计算细胞的alp活性。以对比例1制备的改性纯聚醚酮酮材料试样为对照组。结果见图11。

从图11中看出，随着细胞培养时间的延长，三种样品上的细胞alp活性都逐渐增强。总体而言，实施例8制得的聚醚酮酮基复合材料的细胞分化活性最高，实施例7制得的聚醚酮酮基复合材料的细胞分化活性次之。对比例1制备的改性纯聚醚酮酮材料的细胞分化活性最低。所以，对聚醚酮酮基复合材料采用氮化硅的浓硫酸悬浮液腐蚀，对细胞的分化有良好的促进作用。

效果实施例9

对实施例9、10和11飞秒激光刻蚀的聚醚酮酮基复合材料进行sem拍照，如图12所示，其中图12a是实施例9制备的聚醚酮酮基复合材料；图12b是实施例10制备的聚醚酮酮基复合材料；图12c是实施例11制备的聚醚酮酮基复合材料。从图中可以看出，实施例9制备的聚醚酮酮基复合材料沟槽间距最小，实施例11制备的聚醚酮酮基复合材料沟槽间距最大，实施例10制备的聚醚酮酮基复合材料沟槽间距居中。

效果实施例10

细胞粘附增殖实验

对实施例9、10和11飞秒激光刻蚀的聚醚酮酮基复合材料进行细胞粘附增殖实验，其中细胞粘附增殖实验的具体方法如下：

将大鼠骨髓间充质干细胞以每孔1×10⁴的密度接种在复合样品表面，培养24h后分别使用dapi和fitc对细胞核和细胞质进行染色，于3d激光共聚焦显微镜下观察细胞粘附情况，如图13所示，其中图13a为实施例2制得的聚醚酮酮基复合材料的细胞粘附情况，图13b、图13c和图13d分别为

实施例9、10和11制得的聚醚酮酮基复合材料表面的细胞粘附情况。结果表明，实施例2制得的聚醚酮酮基复合材料的表面细胞有较多细胞粘附，细胞铺展较为无序；实施例9组表面细胞细长，铺展情况较差；实施例10和11组表面的细胞沿着沟槽方向铺展，细胞形貌较好，其中实施例11中沟槽内的细胞更多。结果表明间距为60μm的沟槽能更好地介导细胞定向生长。

采用cck8法进行细胞增殖实验。在细胞接种开始前，先把材料样品通过环氧乙烷消毒灭菌，放进24孔板内，然后在材料上接种1×10⁴个细胞/ml的大鼠骨髓间充质干细胞细胞。培养过程中每两天更换一次细胞培养液，在细胞培养了1、3和7天之后，在相应的时间点，取出材料放进新的24孔板内，添加500μl的cck8试剂，放回培养箱中培养4小时，然后从中吸100μl培养液到96孔板内，采用酶标仪在490nm位置，测定对应的光密度值(od)。结果见图14，可见实施例11制得的聚醚酮酮基复合材料的细胞增殖能力最高，实施例10制得的聚醚酮酮基复合材料的细胞增殖能力次之。实施例9制得的聚醚酮酮基复合材料表面的细胞增殖能力最低。

效果实施例11

细胞分化实验

对实施例9、10和11飞秒激光刻蚀的聚醚酮酮基复合材料进行细胞分化实验，其中细胞分化实验的具体方法如下：

采用碱性磷酸酶(alp)测试盒，研究细胞在材料上的分化情况。先用环氧乙烷将样品进行消毒灭菌，然后放入24孔板内，在材料表面接种2.5×10⁴个细胞/ml的大鼠骨髓间充质干细胞。采用alp染色观察细胞在材料表面培养7、10和14天后的分化情况，细胞培养的过程中，每隔两天重新换一次细胞培养液。在对应的时间，吸去孔板中的培养基，然后用pbs缓冲液清洗孔三次。

在放有材料的孔中加入500μl浓度为1％的乙基苯基聚乙二醇溶液，以获得细胞裂解液。裂解完成之后，把1mg/ml的p-硝基苯磷酸盐溶液在每孔加入50μl，室温下经过15min后，通过添加100μl的0.1m的naoh溶液终止反应。最终用酶标仪在405nm的波长处测量孔中的od值，并按照od值计算细胞的alp活性。以实施例2制得的聚醚酮酮基复合材料为对照组。结果见图15。

从图15中看出，实施例11制得的聚醚酮酮基复合材料的细胞分化活性最高，实施例10制得的聚醚酮酮基复合材料的细胞分化活性次之。实施例9制得的聚醚酮酮基复合材料的细胞分化活性最低。结果表明，沟槽为60μm时，对细胞的分化有更好的促进作用。

表2各实施例的聚醚酮酮基复合材料的生物相容性

本发明中，测量水接触角的国标号为gb/t30693-2014。

从表2可以看出，对于实施例1-6，氮化硅的含量越高，复合材料表面氮化硅面积比越大。由于实施例1-6中氮化硅均匀分布在材料的整体中，因此复合材料表面氮化硅面积比等于整个材料中氮化硅所占的体积比。而对于实施例7和8，由于复合材料的基体为纯pekk因此无法用质量比换算成体积比来表示复合材料表面氮化硅面积比，而只能通过观测得知。通过对实施例7和8所得到的复合材料进行观测，可以得出其表面氮化硅面积比分别为34％和60％。实施例9的表面氮化硅面积比与实施例2相同，实施例10、11的表面氮化硅面积比与实施例4相同。

复合材料表面氮化硅面积比越大，材料表面的水接触角越小，亲水性越好。实施例8的亲水性最好，实施例6次之，实施例2再次之。实施例9-11由于表面有沟槽结构，因此水滴上去马上分散开，无法形成可观测的水珠。

而对于细胞粘附增殖、细胞分化和抗菌效果，也是实施例8最好，实施例6次之，实施例2再次之。

由此可见，裸露在复合材料表面的氮化硅对于提高材料的生物相容性具有明显的促进作用，并且复合材料表面氮化硅面积比越大，生物相容性越好。而对于材料的表面沟槽形貌，沟槽的间距越大，生物相容性越好。

细胞粘附增殖效果中，“优”的含义是材料对细胞的粘附增殖有很好的促进作用，“良”的含义是材料对细胞的粘附增殖有一定的促进作用，“中”的含义是材料对细胞的粘附增殖的促进作用不明显，“差”的含义是材料对细胞的粘附增殖没有促进作用。

细胞分化效果中，“优”的含义是材料对细胞的分化有很好的促进作用，“良”的含义是材料对细胞的分化有一定的促进作用，“中”的含义是材料对细胞的分化的促进作用不明显，“差”的含义是材料对细胞的分化没有促进作用。

抗菌效果中，“优”的含义是材料有很好的抗菌作用，“良”的含义是材料有一定的抗菌作用，“中”的含义是材料的抗菌作用不明显，“差”的含义是材料没有抗菌作用。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。