介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料及表面改性方法和应用与流程

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。

技术实现要素：

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。

本发明人在研发过程中惊奇地发现，介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料因聚醚醚酮本身良好的力学强度、机械性能和摩擦性能，可采用通常只用于金属材料的喷砂和砂纸打磨对其进行表面处理，并且可在复合材料表面形成生理磷灰石，溶解后释放出钙离子和硅离子，刺激细胞生长，刺激成骨细胞向骨细胞分化。

粗砂粗化时采用硅酸钙陶瓷颗粒作为喷砂原料，喷砂后不会对介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面的成分产生影响，不仅可形成多孔表面，还可在复合材料表面增加介孔硅酸钙量，利于形成生理磷灰石，进而促进细胞粘附，且暴露的介孔硅酸钙溶解释放出钙离子和硅离子，能刺激细胞生长，刺激成骨细胞向骨细胞分化。进一步，发明人还惊奇地发现采用粒径为20-300μm的喷砂颗粒得到的表面多孔疏松结构更利于促进干细胞的黏附和增殖。

再者，植入材料表面的微米、亚微米、纳米尺度不仅显著地影响细胞行为，而且在不同的尺度范围控制着细胞的生长发育：微米尺度决定材料的孔径，影响细胞的迁徙和生长；纳米尺度决定着材料表面的理化性质，调控着细胞的黏附、增殖与分化以及基因表达。设计纳米尺度的表面结构，可以更精确地调控细胞的行为；在纳米尺度构建的材料，其性能明显优异于微米材料，并可能出现新的功能(生物纳米效应)。本发明人在研发过程中惊奇地发现，采用砂纸打磨不仅能在复合材料表面形成微米级的孔，还能形成纳米级的孔，这种在微米级的大孔内形成纳米级的小孔更利于细胞粘附、定向生长和分泌，而且砂纸打磨后暴露出大量介孔硅酸钙，使复合材料在生理环境中表面形成大量的纳米生理磷灰石，进一步利于成骨细胞粘附、增殖、向骨细胞分化。

最终本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料，所述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；所述复合材料的表面粗糙度ra≥1μm，水接触角θ≤80°。

本发明中，对于所述复合材料的组成及制备方法并无特殊要求，只要复合材料的表面结构、表面粗糙度、水接触角满足上述要求即可。但为了使上述复合材料能够达到更佳的生物活性，复合材料中介孔硅酸钙所占的含量较佳地为40wt.％-60wt.％。

本发明中，所述微纳孔结构指复合材料表面既具有微米级的大孔，又具有纳米级的小孔，其中纳米级的小孔可包裹在微米级的大孔内，也可独立存在。本发明的复合材料对于纳米孔和微米孔的孔径分布不做特殊限制。

本发明中，所述复合材料表面暴露出的介孔硅酸钙较佳地占复合材料表面总面积的30％-60％，例如30％-40％或50％-60％等。所述百分比指复合材料表面暴露出的介孔硅酸钙的面积占复合材料表面总面积的百分比。

本发明中，所述复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，将所述复合材料植入动物体后，可在复合材料表面形成磷灰石，进而促进细胞粘附，且暴露的介孔硅酸钙溶解释放出钙离子和硅离子，能刺激细胞生长，刺激成骨细胞向骨细胞分化。

本发明中，所述复合材料的表面粗糙度ra在1μm以上，例如1.0-4.0μm，如1.0μm、1.1μm、1.4μm或3.8μm等，其中ra的上限值不作特殊限定。所述复合材料的水接触角θ在80°以下，例如58°-77°，如58°、73°、74°或77°等，其中θ的下限值不作特殊限定。

本发明还提供了一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，所述方法包括如下步骤：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，即可得到上述复合材料；其中所述喷砂粗化处理使用的喷砂原料为硅酸钙陶瓷颗粒。

其中，所述介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料可为本领域各种常规方法制备得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料。本发明对用于表面改性处理的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的组成并无特殊要求，任意组成的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料均可通过本发明的方法达到表面改性的效果，但为了使表面改性处理后的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料能够达到更佳的生物活性，所述介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料中介孔硅酸钙所占的含量较佳地为40wt.％-60wt.％。

其中，所述烧结可按照本领域常规使用的烧结条件进行，较佳地按照如下条件进行：升温速率为1-3℃/min，由室温升温到200℃，保温2-3h，然后再升温到350℃，保温2-4h，后随炉降温。本发明中，所述室温为本领域技术术语，一般指5-35℃。

其中，所述喷砂粗化处理可按照常规用于金属材料表面粗化的条件进行。为控制喷砂后复合材料表面的粗糙度和结构参数，以更好地利于细胞迁移、黏附、增殖，增强复合材料表面与植入后组织的结合强度和结合效率，所述喷砂粗化处理较佳地按照如下条件进行：喷头距离材料5-10cm，喷砂压力0.5-1mpa，喷砂时间60-180s。

其中，所述硅酸钙陶瓷颗粒可为本领域常规使用的硅酸钙陶瓷颗粒，其制备工艺和条件均可按照本领域常规，一般由硅酸钙粉体或颗粒烧结而成，所述烧结的温度骄较佳地为1000℃。所述硅酸钙陶瓷颗粒的粒径较佳地为20-300μm，更佳地为110-180μm，其中110-180μm硅酸钙陶瓷颗粒喷砂得到的表面疏松多孔、孔径为150-250μm的复合材料，能更好地促进干细胞的黏附和增殖。

其中，所述砂纸打磨使用的砂纸可为本领域常规使用的各种砂纸，较佳地为水沙皮。所述砂纸可采用本领域常规使用的各种规格的砂纸，所述砂纸的目数较佳地为400-1200目，例如400目、800目和1200目。所述砂纸打磨较佳地按照同一方向进行连续打磨，以形成相对规则表面；所述砂纸打磨的时间较佳地为1-3min。采用不同目数砂纸按照同一方向进行打磨或两个垂直方向交叉打磨，可产生结构相似的沟槽结构，但不同目数砂纸产生的结构其表面参数有区别，可利于研究相似结构而表面参数不同的表面对细胞行为的影响和组织行为的影响。

其中，在进行所述表面喷砂粗化处理或砂纸打磨处理后，较佳地还进行清洗、干燥处理。所述清洗的操作为本领域常规，一般采用无水乙醇和/或去离子水超声清洗。所述干燥的操作为本领域常规，所述干燥的温度一般为50-70℃，例如60℃。

本发明还提供了上述介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料在骨修复体中的应用。

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)本发明采用喷砂处理使聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，形成多孔表面，从而暴露出更多的介孔硅酸钙，为其在复合材料表面形成磷灰石打下基础，进而促进细胞粘附；同时暴露的介孔硅酸钙溶解，释放出钙离子和硅离子，可刺激细胞生长，刺激成骨细胞向骨细胞分化。

(2)本发明采用砂纸打磨处理除去聚醚醚酮复合材料表面的高分子材料(peek)，从而暴露出更多的介孔硅酸钙，为其在复合材料表面形成磷灰石打下基础，从而促进细胞粘附；同时暴露的介孔硅酸钙溶解，释放出钙离子和硅离子，刺激细胞生长，刺激成骨细胞向骨细胞分化。

(3)由于硅酸钙溶于水，呈现出弱碱性，该环境能抗菌，细菌一般生活在酸性环境中，故采用本发明喷砂处理和砂纸打磨处理暴露出的硅酸钙可赋予材料一定的抗菌性能。

(4)本发明采用砂纸打磨能够有效制备出相对规则表面，且形成表面微米级大孔内嵌纳米级小孔的结构，有利于细胞及组织的黏附和生长。而相对砂纸打磨，喷砂处理能够制备更大粗糙度的表面，有利于细胞的黏附。

附图说明

图1为实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的光学显微二维照片。

图2为实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的光学显微三维照片。

图3为实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的sem照片。

图4为实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面水接触角测量结果。

图5为实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料在sbf溶液中浸泡7天后的sem照片。

图6为实施例1-4改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料在sbf溶液中浸泡7天后的eds图谱。

图7为实施例1-4改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料在sbf溶液中浸泡不同时间段后的溶液中离子变化。

图8为实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料在1、3、7天对mc3t3细胞增殖的影响图，图中“*”为p<0.05，表示显著性差异较为明显，“**”为p<0.01，表示显著性差异非常明显。

图9为mc3t3细胞在实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料上培养7天之后的sem照片。

图10为mc3t3细胞在实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料上培养7天之后的激光共聚焦照片。

图11为c3t3细胞在实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料上培养6、12、24小时后的细胞黏附率图，图中“*”为p<0.05，表示显著性差异较为明显，“**”为p<0.01，表示显著性差异非常明显。

图12为实施例1喷砂样品及其添加姜黄素的喷砂样品分别对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈结果图。

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。

实施例1

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将40％m-cs/pk复合材料烧结后进行表面喷砂粗化处理，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于60℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为1℃/min，由室温升温到200℃，保温2h，然后再升温到350℃，保温2h，后随炉降温；

喷砂粗化处理条件如下：喷砂颗粒为硅酸钙陶瓷颗粒，砂粒粒径为110-180μm，喷头距离材料5cm，喷砂压力为0.5mpa，喷砂时间为60s。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的30％-60％。

实施例2

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将40％m-cs/pk复合材料烧结后用1200#的水沙皮按照同一方向连续打磨，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于60℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为1℃/min，由室温升温到200℃，保温2h，然后再升温到350℃，保温2h，后随炉降温。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的30％-60％。

实施例3

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将40％m-cs/pk复合材料烧结后用800#的水沙皮按照同一方向连续打磨，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于60℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为1℃/min，由室温升温到200℃，保温2h，然后再升温到350℃，保温2h，后随炉降温。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的30％-60％。

实施例4

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将40％m-cs/pk复合材料烧结后用400#的水沙皮按照同一方向连续打磨，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于60℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为1℃/min，由室温升温到200℃，保温2h，然后再升温到350℃，保温2h，后随炉降温。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的30％-60％。

实施例5

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将60％m-cs/pk复合材料烧结后进行表面喷砂粗化处理，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于60℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为3℃/min，由室温升温到200℃，保温3h，然后再升温到350℃，保温4h，后随炉降温；

喷砂粗化处理条件如下：喷砂颗粒为硅酸钙陶瓷颗粒，砂粒粒径为110-180μm，喷头距离材料10cm，喷砂压力为1mpa，喷砂时间为120s。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的50％-60％。

实施例6

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将40％m-cs/pk复合材料烧结后进行表面喷砂粗化处理，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于60℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为1℃/min，由室温升温到200℃，保温2h，然后再升温到350℃，保温2h，后随炉降温；

喷砂粗化处理条件如下：喷砂颗粒为硅酸钙陶瓷颗粒，颗粒粒径20-80μm，喷头距离材料5cm，喷砂压力0.5mpa，喷砂时间60s。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的50％-60％。

实施例7

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将60％m-cs/pk复合材料烧结后进行表面喷砂粗化处理，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于60℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为2℃/min，由室温升温到200℃，保温2.5h，然后再升温到350℃，保温3h，后随炉降温；

喷砂粗化处理条件如下：喷砂颗粒为硅酸钙陶瓷颗粒，颗粒粒径20-80μm，喷头距离材料8cm，喷砂压力0.8mpa，喷砂时间120s。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的50％-60％。

实施例8

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将40％m-cs/pk复合材料烧结后进行表面喷砂粗化处理，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于60℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为1℃/min，由室温升温到200℃，保温2h，然后再升温到350℃，保温2h，后随炉降温；

喷砂粗化处理条件如下：喷砂颗粒为硅酸钙陶瓷颗粒，颗粒粒径200-300μm，喷头距离材料5cm，喷砂压力0.5mpa，喷砂时间60s。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的50％-60％。

实施例9

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将60％m-cs/pk复合材料烧结后进行表面喷砂粗化处理，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于60℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为1℃/min，由室温升温到200℃，保温2h，然后再升温到350℃，保温2h，后随炉降温；

喷砂粗化处理条件如下：喷砂颗粒为硅酸钙陶瓷颗粒，颗粒粒径200-300μm，喷头距离材料5cm，喷砂压力0.5mpa，喷砂时间180s。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的50％-60％。

实施例10

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将60％m-cs/pk复合材料烧结后用1200#的水沙皮沿两个垂直方向交叉打磨，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于60℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为1℃/min，由室温升温到200℃，保温2h，然后再升温到350℃，保温2h，后随炉降温。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的50％-60％。

实施例11

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将60％m-cs/pk复合材料烧结后用800#的水沙皮沿两个垂直方向交叉打磨，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于50℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为1℃/min，由室温升温到200℃，保温2h，然后再升温到350℃，保温2h，后随炉降温。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的50％-60％。

实施例12

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将60％m-cs/pk复合材料烧结后用400#的水沙皮沿两个垂直方向交叉打磨，处理后的样品依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于70℃下干燥即可；

其中，烧结条件如下：升温速率为1℃/min，由室温升温到200℃，保温2h，然后再升温到350℃，保温2h，后随炉降温。

所得介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料表面呈现沟壑和凹陷，具有微纳孔结构，纳米孔的孔径在4-9nm范围内，微米孔的孔径在1-10μm范围内，并且复合材料表面暴露出部分介孔硅酸钙，暴露出的介孔硅酸钙约占材料表面总面积的50％-60％。

对比例

一种介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料的表面改性方法，步骤如下：将40％m-cs/pk复合材料烧结后，依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，然后于60℃下干燥即得；

其中，烧结条件如下：升温速率为1℃/min，由室温升温到200℃，保温2h，然后再升温到350℃，保温2h，后随炉降温。

效果实施例1光学显微二维照片分析

对实施例1-12和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料进行光学显微二维照片分析，测试仪器采用三维表面测量仪(inifinitefocusg4，奥地利alicona公司，垂直分辨率达10nm)，测试结果如图1所示。图1(a)为对比例，由于没有经过任何打磨处理，可明显看到材料表面覆盖一层深褐色的pk，未见到m-cs材料。图1(b)为实施例1，可看到40％m-cs/pk复合致密材料表面经过喷砂处理，产生了很多的凹坑和沟壑，大量的m-cs暴露出来，表面显得十分的不平整，实施例5-9的表面结构与实施例1相当。图1(c1、c2、c3)分别为实施例2、3、4，可以看出，经过打磨处理，表面暴露出m-cs材料，并且m-cs材料均匀地分布在pk基体中，此外，表面经过砂纸打磨，出现了一些沟壑，表面显得不平整，另外观察得到，随着砂纸的目数的减小，材料表面的沟壑深而多，暴露的介孔硅酸钙材料越多。实施例10-12的表面结构与实施例2-4相当。

效果实施例2光学显微三维照片分析

对实施例1-12和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料进行光学显微三维照片分析，测试仪器采用三维表面测量仪(inifinitefocusg4，奥地利alicona公司，垂直分辨率达10nm)。测试结果如图2所示，图2(a)为对比例，2(b)为实施例1，2(c1、c2、c3)分别为实施例2、3、4。未打磨处理的材料表面，由于烧结时内应力表面收缩产生了一定的凹坑，所以三维照片中材料表面不平整。材料表面经过喷砂处理明显变得粗糙，沟壑深而多，形状不一。而经过砂纸打磨处理，材料表面也出现了一些沟壑，但是比喷砂处理的表面沟壑浅而有规则。而图2(c3)中的沟壑明显比2(c1)中的深而多，说明不同的砂纸打磨，材料表面的粗糙度不同。砂纸打磨和喷砂处理，对材料表面形貌产生了很大的影响。实施例5-9的三维结构与实施例1相当，实施例10-12的三维结构与实施例2-4相当。

效果实施例3表面粗糙度分析

对实施例1-12和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料进行表面粗糙度分析，测试仪器采用三维表面测量仪(inifinitefocusg4，奥地利alicona公司，垂直分辨率达10nm)，测试结果如下表1所示。

由上表可知，砂纸打磨的材料表面粗糙度随着砂纸的目数的减小而变大，而喷砂处理的材料表面粗糙度最大。而未打磨处理表面的粗糙度大于砂纸打磨处理的表面，是因为经过砂纸打磨，磨平了材料表面经过烧结产生的沟壑，所以反而变得平整。而砂纸打磨的作用，主要是打磨掉表面的一层pk材料，将m-cs暴露出来。实施例5-9的粗糙度与实施例1相当，实施例10-12的粗糙度与实施例2-4相当。

效果实施例4扫描电镜分析

对实施例1-12和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料进行扫描电镜分析，测试结果如图3所示，图3(a)为对比例，3(b)为实施例1，3(c1、c2、c3)分别为实施例2、3、4。图3(a)中可以明显看到m-cs材料上面覆盖一层pk材料，并且材料表面不平整。图3(b)中，材料经过喷砂处理，出现了规则不一的凹陷，这是砂砾撞击的结果，并且可以看到有m-cs材料暴露在表面。图3(c1、c2、c3)中，材料表面经过打磨，出现了不同的粗糙程度，1200#砂纸打磨的表明较为平整，400#砂纸打磨的表面最为粗糙，同时三个图中都看到有m-cs均匀分布在材料表面。实施例5-9的微观结构与实施例1相当，实施例10-12的微观结构与实施例2-4相当。

效果实施例5水接触角测试分析

对实施例1-12和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料进行水接触角测试分析。测试方法为在室温下用液滴法测量材料表面的静态水接触角，每个试样分析五个不同的部位，取平均值。测试结果如图4所示，图4中(a)为对比例，(b)为实施例1，(c1、c2、c3)分别为实施例2、3、4。从图中可以看到，对比例的水接触角θ＝88°，实施例1的水接触角θ＝58°，实施例2的水接触角θ＝77°，实施例3的水接触角θ＝74°，实施例4的水接触角θ＝73°，实施例5-9的水接触角与实施例1相当，实施例10-12的水接触角与实施例2-4相当。

通过分析可知，材料表面喷砂处理或者砂纸打磨，暴露了材料中的m-cs成分，m-cs提高了材料表面的亲水性，所以实施例1和实施例2-4的水接触角都比对比例小。但是若材料表面未经过处理，覆盖了一层pk材料，表面亲水性差，水接触角最大。而喷砂处理的表面水接触角小于砂纸打磨组，因为喷砂处理组的粗糙度最大，经过喷砂处理，暴露在表面的m-cs成分最多。材料表面经过砂纸打磨，随着水沙皮的目数的减小，水接触角降低。这是因为材料表面的粗糙度也同样影响着材料表面的亲水性，粗糙度越大，材料表面的亲水性越好，水接触角越小。

效果实施例6体外生物活性实验

对实施例1-12和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料进行体外生物活性实验。测试方法如下：模拟体液(sbf，simulatedbodyfluid)具有与人体体液类似的离子浓度，将复合材料浸泡其中观察材料表面类骨磷灰石的生成情况，对其体外生物活性进行评价。将复合样品浸泡入sbf溶液中1、3、5、7、14天后，将样品取出，对其表面喷金后进行sem和eds分析，7天后的表面分析结果见图5-6。将1、3、5、7、14天浸泡材料的sbf溶液取出使用icp分析其离子浓度(ca，si，p)，测试结果见图7。

图5为实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料在sbf溶液中浸泡7天后的sem照片。图5中(a)为对比例，(b)为实施例1，(c1、c2、c3)分别为实施例2、3、4。从图中看出，图5(a)中，材料表面没有任何沉积物，因为材料表面未处理，烧结后，材料表面覆盖的是一层pk材料，没有生物活性。图5(b)中，材料经过喷砂处理，在sbf溶液中浸泡7天后，表面出现了大量的沉积物，由于喷砂表面有很多的凹坑和沟壑，所以表面可以明显的看出很多不平整，因此，沉积物在材料表面也是沉积的很不平整。图5(c1、c2、c3)中，材料经过打磨后，表面的m-cs被暴露出来，使得材料生物活性提高，在sbf溶液中浸泡7天后，表面都出现了一层厚厚的沉积物，并且c3中的沉积物比c1中的厚，沉积物的颗粒大，说明用400#砂纸打磨后，暴露的m-cs材料越多，表面粗糙度越大，越有利于磷灰石的沉积，材料的生物活性越好。实施例5-9的效果与实施例1相当，实施例10-12的效果与实施例2-4相当。

图6为实施例1-4改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料在sbf溶液中浸泡7天后的eds图谱。图6中(b)为实施例1，(c1、c2、c3)分别为实施例2、3、4。从eds图谱中分析，无论是砂纸打磨还是喷砂处理，材料在sbf模拟体液中浸泡后，表面沉积物中都含有ca、p成分，由此判断沉积物都是磷灰石。实施例5-9的效果与实施例1相当，实施例10-12的效果与实施例2-4相当。

图7为实施例1-4改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料在sbf溶液中浸泡1、3、5、7、14天后的溶液中离子变化。图7中(a)为对比例，(b)为实施例1，(c1、c2、c3)分别为实施例2、3、4。40％m-cs/pk复合致密材料经过喷砂处理和打磨后，浸泡在sbf溶液中，溶液中的ca²⁺的含量先升高后降低，p元素的含量随时间逐渐降低，si元素的含量先增加而升高。因为材料经过表面处理，暴露了材料中的m-cs，浸泡在模拟体液中，释放了少量的ca和si元素。同时由于ca与p元素向材料表面沉积，生成磷灰石，所以溶液中的p元素随着浸泡时间的增加而减少。但是材料在sbf中浸泡的初始阶段，溶液中的ca元素向材料表面沉积磷灰石的速度慢于材料中ca元素的释放速度，所以溶液中的ca元素的含量开始是略有增加，之后，材料中ca元素的释放速度减缓，sbf模拟体液中的ca元素向材料表面形成磷灰石的速度快于材料中ca元素的释放速度，所以溶液中的ca元素含量又开始降低。通过分析，材料表面形成的沉积物确实是磷灰石，icp的分析结果与eds图谱相同。而图7(a)中，由于材料表面是一层pk材料，因为pk没有生物活性而且稳定存在，所以既不会释放出离子，溶液中的离子也不会沉积到材料表面，所以浸泡一段时间后，溶液中的离子含量基本上稳定不变。实施例5-9的效果与实施例1相当，实施例10-12的效果与实施例2-4相当。

效果实施例7细胞实验

对实施例1-12和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料进行细胞实验。测试方法如下：所使用细胞为鼠的前成骨细胞(mc3t3-e1)，来源为复旦细胞库；采用第2-5代细胞进行实验，采用dmem(dulbecco'smodifiedeaglemedium)培养基，加入10％胎牛血清进行培养，三天进行一次培养基更换；培养条件全程保持在37.5摄氏度，100％饱和湿度，5％co2。

细胞增殖：将试验样品放入24孔板中，细胞接种于样品表面(10⁴个/ml)，每两天更换一次培养基；培养1、3、7天后，将样品移动至新24孔板中；在装有细胞的孔内加入cck8溶液500μl，4h后吸取20μl上清液至于96孔板中，用酶标仪于450nm处测定相应吸光度。

细胞形貌观察：将细胞(10⁴个/ml)接种于材料表面，按细胞培养方法培养七天后将材料取出进行观察；激光共聚焦显微镜观察：使用戊二醛固定细胞20min，pbs冲洗两次后，先后使用fitc和dapi进行染色40min和10min，将染色完成的样品放在激光共聚焦显微镜下进行观察；扫描电镜观察：使用戊二醛固定细胞20min后，分别使用50％、60％、80％、100％乙醇进行脱水，喷金后置于扫描电子显微镜下观察。

细胞黏附率测定：配制(3～5)×10⁵/ml的细胞悬浮液与材料共培养6、12、24h(每孔1ml)。移去细胞悬浮液，用pbs洗3次，0.5％结晶紫的甲醇溶液室温染色5分钟，自来水洗3次，过夜，用150ul甲醇溶解染液，595nm处测od值。测试结果见图8-10。

图8为实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料在1、3、7天对mc3t3细胞增殖的影响图。图8中(a)为对比例，(b)为实施例1，(c1、c2、c3)分别为实施例2、3、4。从柱状图中可见，对比例样品细胞相容性最差，细胞增殖率最低。实施例1样品经过喷砂处理，暴露了m-cs成分，同时也提高了材料表面的粗糙度，使得细胞更加容易增殖与粘附，所以细胞增殖率最高。实施例2-4样品，材料表面通过打磨，也暴露了部分的m-cs，所以细胞增殖率高于未处理表面组，同时随着砂纸的目数的减少，细胞增殖率略有增加。结果表明，通过表面处理，使得介孔硅酸钙暴露在外，增强了材料的细胞相容性，同时通过打磨与喷砂处理，使得表面的粗糙度增加，细胞更加容易增殖与粘附。实施例5-9的效果与实施例1相当，实施例10-12的效果与实施例2-4相当。

图9为mc3t3细胞在实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料上培养7天之后的sem照片。图9中(a)为对比例，(b)为实施例1，(c1、c2、c3)分别为实施例2、3、4。图9(a)中，材料表面未处理，细胞在材料表面培养了7天后，材料表面基本上没有细胞黏附。图9(b)中，材料表面经过喷砂处理后，表面凹凸不平，从图中明显可以看出细胞紧贴着材料的表面生长，细胞全部展开，触角相互接触在一起。图9(c1、c2、c3)中，材料表面打磨后比喷砂处理表面平整，细胞在表面都表现出很好的铺展性，并且能够黏附表面生长，并且图9(c3)中，细胞铺展的面积比图9(c1)中大，生长状态较好。实施例5-9的效果与实施例1相当，实施例10-12的效果与实施例2-4相当。

图10为mc3t3细胞在实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料上培养7天之后的激光共聚焦照片。图10中(a)为对比例，(b)为实施例1，(c1、c2、c3)分别为实施例2、3、4，图中绿色为细胞质，蓝色为细胞核。图10(a)中，细胞数量非常少，因为材料表面未处理，是一层pk材料，细胞相容性差。而材料经过表面处理后，细胞的数量都明显增加，细胞形态良好。从图中看出，材料经过喷砂处理后，细胞相容性最好，细胞的数量最多。而砂纸打磨处理的材料样品，随着砂纸目数的减小，材料表面粗糙度增加，细胞对材料表面的黏附增强。实施例5-9的效果与实施例1相当，实施例10-12的效果与实施例2-4相当。

图11为c3t3细胞在实施例1-4和对比例改性得到的介孔硅酸钙/聚醚醚酮复合材料上培养6、12、24小时后的细胞黏附率图。图11中(a)为对比例，(b)为实施例1，(c1、c2、c3)分别为实施例2、3、4。从柱状图中看出，培养6小时后，细胞在对比例未处理表面的黏附率为2.4％，而实施例1喷砂处理样品表面细胞黏附率接近20％，而实施例2-4用1200#、800#、4000#砂纸打磨样品的表面细胞黏附率分别为12％、15％、17％。培养24小时后，细胞在对比例未处理表面的黏附率只有26％，而实施例1喷砂处理样品表面细胞黏附率高达82％，表现出了明显的差异。而实施例2-4砂纸打磨样品，随着砂纸目数的减小，材料表面细胞黏附率增加，400#砂纸打磨组细胞黏附率为84％，跟喷砂处理组相近。实施例5-9的效果与实施例1相当，实施例10-12的效果与实施例2-4相当。

效果实施例8抗菌实验

采用抑菌圈法测试实施例1喷砂处理样品及负载有少量姜黄素的喷砂处理样品对大肠杆菌和金葡菌的抗菌效果。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2～3d，观察滤纸片圆片周围抑菌圈的有无及大小。测试结果见图12。

姜黄素是一类具有抗菌、抗炎的药物，将其添加到植入材料表面，可以减轻手术部位的炎症反应，具有一定的临床意义。通过分析，实施例1喷砂处理样品在两种细菌的培养皿中都出现了抑菌圈，但是抑菌圈范围比较小，效果不明显，说明40％m-cs/pk复合材料对金葡菌和大肠杆菌都有一定程度的抑制作用，但是抑菌效果不明显。在实施例1喷砂处理样品中添加少量的姜黄素之后，其在两种细菌的培养皿中都出现了明显的抑菌圈，说明添加少量的姜黄素，可以提高样品的抑菌效果。实施例2-12的抗菌性与实施例1相当。