一种新型人骨替代材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型人骨替代材料，以克服现有聚醚醚酮/羟基磷灰石复合材料生物活性差的缺点。本发明的人骨替代材料包含聚醚醚酮和多孔羟基磷灰石，所述多孔羟基磷灰石的孔隙率为50-80%，孔径为100-250μm。本发明将聚醚醚酮与多孔羟基磷灰石组成复合材料，与普通的聚醚醚酮/羟基磷灰石复合材料相比，更能促进细胞增殖，从而获得一种具有更加优异生物活性的新型人骨替代材料。
【专利说明】一种新型人骨替代材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]一种属于生物活性材料【技术领域】，涉及一种人骨替代材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]羟基磷灰石是人体骨骼、牙齿的重要组成部分，它在人骨成分中的质量分数约70%，在人的牙齿釉质中质量分数则在95%以上。羟基磷灰石具有良好的生物相容性、生物活性和化学稳定性，能与骨紧密结合，被认为是最有前途的陶瓷人工齿和人工骨置换材料。然而，纯的羟基磷灰石力学性能比较差，作为人工种植体其使用可靠性较差。这大大限制了它在承载部位骨替换中的应用。
[0003]聚醚醚酮是一种全芳香族半结晶性高聚物，该材料的刚性较大，尺寸稳定性较好，化学稳定性、热稳定性好，具有优异的耐化学药品性，还具有突出的摩擦学特性、耐滑动磨损和微动磨损性；此外，它还具有较好的韧性，对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的。因此，聚醚醚酮是一种很好的修复和替换人体硬组织的生物材料。然而，聚醚醚酮材料不具有生物活性，这也制约了它的生物应用。
[0004]羟基磷灰石/聚醚醚酮生物复合材料引起了人们的极大关注，二者具有极强的互补性，作为复合材料既可以改善羟基磷灰石的力学性能，又兼具优异的生物活性。然而，目前聚醚醚酮/羟基磷灰石复合材料中的羟基磷灰石成分为实心结构。由于目前聚醚醚酮/羟基磷灰石复合材料中的羟基磷灰石成分为实心结构，该材料植入体内后新生骨组织仅能在表面形成骨质，虽然附着紧密，但不能长入到羟基磷灰石的内部，由于接触面积小，羟基磷灰石与骨不能够充分的生理性结合，因此复合材料的生理活性不能得到充分的发挥，很难满足人骨替代材料的功能要求。
[0005]有研究表明，羟基磷灰石的结构直接影响组织长入及组织在种植体内的生长，多孔结构有利于促进组织的生长，当材料的内连孔直径在15-40 μ m时，即允许纤维组织长入材料内部；而孔径为40-100 μ m时,允许非矿化的骨样组织长入；孔径在150 μ m时，已能为骨组织长入提供理想场所。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中羟基磷灰石/聚醚醚酮生物复合材料存在的生物活性差的缺陷，本发明旨在为解决上述技术问题提供一种新型人骨替代材料及其制备方法。
[0007]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
一种人骨替代材料，为聚醚醚酮/羟基磷灰石复合材料，其特征在于，所述的人骨替代材料包含聚醚醚酮和多孔羟基磷灰石，所述多孔羟基磷灰石的孔隙率为50-80%，孔径为100-250 μ mD
[0008]优选地，所述人骨替代材料组分的质量分数为:聚醚醚酮70-90%，多孔羟基磷灰石 10_30%。
[0009]本发明还提供所述的人骨替代材料的制备方法，包括以下步骤:将干燥后的多孔羟基磷灰石和聚醚醚酮粉体，按照羟基磷灰石的质量百分含量为10%?30%混合，放入球磨机中球磨后，再放入烘箱内干燥，制得所述的人骨替代材料。
[0010]所述的多孔羟基磷灰石的制备方法是:羟基磷灰石粉末与甲基纤维素粉末混合后，再与去离子水混合成浆料，经超声震动脱气，在烘箱中50°C -90°c烘干，然后以0.5°C /min的速度升温至250°C，保温，再以3°C /min的速度升温到1250°C，保温，随炉冷却到室温，即可获得多孔羟基磷灰石。
[0011]所述的羟基磷灰石与甲基纤维素的质量比为1:0.5-1:1 ;制得的多孔羟基磷灰石孔隙率为50-80%,孔径为100-250 μ m。
[0012]本发明的有益效果是:本发明的人骨替代材料为聚醚醚酮/多孔羟基磷灰石复合材料，通过在现有材料的基础上，采用多孔羟基磷灰石替代普通的羟基磷灰石，能够有效地提高人骨替代材料的生物活性。实验数据表明，与普通的聚醚醚酮/羟基磷灰石复合材料相比，聚醚醚酮/多孔羟基磷灰石复合材料更能促进细胞增殖。
[0013]下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以【具体实施方式】为限，而是由权利要求加以限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1ΡΕΕΚ/10%ρ-ΗΑ与PEEK/10%HA复合材料随时间变化对细胞增殖率的影响。
[0015]图2不同组成成分的PEEK/p-HA复合材料随时间变化对细胞增殖率的影响。
【具体实施方式】
[0016]下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明，但有必要指出以下实施例只用于对
【发明内容】
的描述，并不构成对本发明保护范围的限制。以下实施例中，羟基磷灰石缩写为HA，多孔羟基磷灰石缩写为p-HA，聚醚醚酮缩写为PEEK。
[0017]实施例1
一种新型人骨替代材料及其制备方法，步骤如下:
O多孔羟基磷灰石的制备:
称取1gHA粉末，5g甲基纤维素粉末，将二者混合后，再与500mL去离子水混合成浆料，将混合物进行超声粉碎、脱气45min后，在90°C的烘箱中烘干24h以上。冷却至室温后，以0.50C /min的升温速度加热至250°C，保温20min，再以3°C /min的速度升温至1250°C，保温5h后，以3°C /min的速度冷却至室温，即可得到p_HA粉末。
[0018]2) PEEK/p-HA复合材料的制备:
将干燥后的P-HA和PEEK粉体混合，放入球磨机中快速球磨30min，再放入烘箱内干燥2h,即可得到PEEK/p-HA复合材料。
[0019]本实施例中，P-HA在PEEK/p-HA复合材料中的质量分数为10%。
[0020]实施例2
O多孔羟基磷灰石的制备:
称取1gHA粉末，Sg甲基纤维素粉末，将二者混合后，再与500mL去离子水混合成浆料，将混合物进行超声粉碎、脱气45min后，在90°C的烘箱中烘干24h以上。冷却至室温后，以0.50C /min的升温速度加热至250°C，保温30min，再以3°C /min的速度升温至1250°C，保温6h后，以3°C /min的速度冷却至室温，即可得到p_HA粉末。
[0021]2) PEEK/p-HA复合材料的制备:
与实施例1相同，不同之处在于本实施例中，p-HA在PEEK/p-HA复合材料中的质量分数为20%。
[0022]实施例3
O多孔羟基磷灰石的制备:
称取1gHA粉末，10 g甲基纤维素粉末，将二者混合后，再与500mL去离子水混合成浆料，将混合物进行超声粉碎、脱气45min后，在90°C的烘箱中烘干24h以上。冷却至室温后，以0.50C /min的升温速度加热至250°C，保温20min，再以3°C /min的速度升温至1250°C，保温5h后，以3°C /min的速度冷却至室温，即可得到p_HA粉末。
[0023]2) PEEK/p-HA复合材料的制备:
与实施例1相同，不同之处在于本实施例中，p-HA在PEEK/p-HA复合材料中的质量分数为30%。
[0024]对比例
直接采用HA粉末，按照与实施例1步骤2)相同的方法制备PEEK/10%HA复合材料。
[0025]实施例4
对实施例1-3所制备的PEEK/p-HA材料的性能进行测试，详细说明如下。
[0026]使用阿基米德法测量p-HA材料的孔隙率为50-80%。
[0027]使用压汞法测量p-HA材料的孔径为100-250 μ m。
[0028]将PEEK/10%HA、PEEK/10%p_HA、PEEK/20%p_HA、PEEK/30%p-HA 复合材料高压灭菌后，每种材料用DMEM培养基按20mg/mL的浓度配成悬浊液。
[0029]进行毒性测试时，采用的是WST-1试剂法。WST-1是一种类似于MTT的化合物，在电子耦合试剂存在的情况下，可以被线粒体内的一些脱氢酶还原生成橙黄色的结晶甲瓒。将对数生长期的人成骨肉瘤MG-63细胞用0.25%的胰蛋白酶消化贴壁，并用含10% (V/V)胎牛血清的高糖DMEM培养液制成细胞悬液，在96孔板每孔中加入90 μ L，控制细胞密度约为14/孔，边缘孔用无菌磷酸盐缓冲溶液(PBS)填充。将接种好的细胞培养板放入培养箱中培养24h，加入已配置好的含有上述各种材料的培养液(每个样品设5个复孔)，放入培养箱中共培养48h。分别在第12、24、36、48h时，吸取上清液，用无菌PBS轻轻冲洗2次，每孔加入100 μ L培养基和1yL WST-1溶液，继续培养4h，在酶标检测仪0D450nm处测量各孔的吸光值。同时设置空白孔和对照孔。
[0030]测定结果如图1、图2所示。其中，细胞存活率％=(试验组OD平均值-空白组OD平均值)/ (对照组OD平均值-空白组OD平均值)X 100%。
[0031]下面结合测试结果对PEEK/p-HA材料的生物性能作详细说明。
[0032]图1显示的是PEEK/10%p_HA与PEEK/10%HA对细胞增殖率的影响。可以看出，与普通的HA相比，多孔的HA更能促进细胞的增殖，并且随着作用时间的延长，这一作用更加明显。
[0033]图2显示的是不同组成成分的PEEK/p-HA复合材料对细胞增殖率的影响。可以看至IJ，在测试的时间范围内，材料中P-HA的含量越高，材料对于细胞增殖的促进作用越强，以上所述仅为本发明的较佳实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的宗旨和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种人骨替代材料，为聚醚醚酮/羟基磷灰石复合材料，其特征在于:所述的人骨替代材料包含聚醚醚酮和多孔羟基磷灰石，所述多孔羟基磷灰石的孔隙率为50-80%，孔径为100-250 μ mD
2.根据权利要求1所述的人骨替代材料，其特征在于，所述人骨替代材料组分的质量分数为:聚醚醚酮70-90%，多孔羟基磷灰石10-30%。
3.根据权利要求1所述的人骨替代材料，其特征在于，所述的人骨替代材料采用以下方法制备: 1)羟基磷灰石粉末与甲基纤维素粉末混合后，再与去离子水混合成浆料，经超声震动脱气，在烘箱中50°C -90°C烘干，然后以0.5°C /min的速度升温至250°C，保温，再以3°C /min的速度升温到1250°C，保温，随炉冷却到室温，制得孔隙率为50_80%，孔径为100-250μm的多孔羟基磷灰石； 2)将干燥后的多孔羟基磷灰石和聚醚醚酮粉体，按照羟基磷灰石的质量百分含量为10%?30%混合，放入球磨机中球磨后，再放入烘箱内干燥，制得所述的人骨替代材料。
4.一种人骨替代材料的制备方法，包括以下步骤:将干燥后的多孔羟基磷灰石和聚醚醚酮粉体，按照多孔羟基磷灰石的质量百分含量为10%?30%混合，放入球磨机中球磨后，再放入烘箱内干燥，制得所述的人骨替代材料。
5.根据权利要求4所述的人骨替代材料的制备方法，其特征在于，所述的多孔羟基磷灰石的制备方法是:羟基磷灰石粉末与甲基纤维素粉末混合后，再与去离子水混合成浆料，经超声震动脱气，在烘箱中50°C _90°C烘干，然后以0.50C /min的速度升温至250°C，保温，再以3°C /min的速度升温到1250°C，保温，随炉冷却到室温，即制得多孔羟基磷灰石。
6.根据权利要求5所述的人骨替代材料的制备方法，其特征在于，所述的羟基磷灰石与甲基纤维素的质量比为1:0.5-1:1。
【文档编号】A61L27/12GK104307037SQ201410616871
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】昝峰, 李华山, 史鲁秋 申请人:南京华狮化工有限公司