CN110724300B - 一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法，其步骤主要为：A、硬质颗粒的制备，将硬质材料粉碎、过筛，获得粒度为200‑800微米的硬质颗粒；B、硬质颗粒嵌入，将硬质颗粒粘附于聚醚醚酮支架表面，再将聚醚醚酮支架置于热压机内，随后升温至170‑190℃并保温1.5‑2.5h，随后施加压力为2‑4Mpa，得到表面嵌有硬质颗粒的聚醚醚酮支架；C、酸蚀处理，将B步制得的聚醚醚酮支架置于氢氟酸溶液中44‑52h，硬质颗粒被腐蚀去除，然后清洗，即得。该方法在聚醚醚酮支架表面得到的多孔结构的数量、大小可控，支架植入人体后，利于骨组织向支架的长入，其骨整合性能好，且其力学性能好，支架结构稳定。

Description

一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法
技术领域
本发明涉及一种在支架表面构建多孔结构的方法。
背景技术
聚醚醚酮是一种半结晶热塑性聚合物，因其具有与人体皮质骨相近的力学性能、良好的生物相容性、射线可透性等特点被制成支架，而广泛应用于创伤、整形外科和脊柱植入物(Kurtz S M,Devine J N.PEEK biomaterials in trauma,orthopedic,and spinalimplants[J].Biomaterials,2007,28(32):4845-4869.)。但聚醚醚酮具有生物惰性，聚醚醚酮支架植入后难以与周围骨组织形成良好的骨整合，常会导致植入失效。为解决这一问题，目前常通过在支架上构建多孔结构，为周围组织向支架内长入提供生长空间，促使支架和周围组织形成良好的骨整合。
聚醚醚酮支架多孔结构的构建方法通常是：将羟基磷灰石或其他致孔剂颗粒与聚醚醚酮共混，热压制得聚醚醚酮基复合材料支架，再将致孔剂浸出，制得具有一定孔隙率的多孔结构支架。这样的支架植入后，骨组织能通过多孔结构长入支架内部，使其与周围骨组织形成良好的骨整合。但是支架内部的多孔结构会导致支架自身力学性能下降，使得这种多孔结构的聚醚醚酮不能应用于承重部位(Yuan B,Cheng Q,Zhao R,et al.Comparisonof osteointegration property between PEKK and PEEK:Effects of surfacestructure and chemistry[J].Biomaterials,2018,170:116.)。
为解决多孔结构的聚醚醚酮承重性能差的问题，出现了在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法。其作法是：在聚醚醚酮支架挤压降温成型过程中，将一定粒度的氯化钠晶体嵌入聚醚醚酮表面，成型后再用浸水法溶解掉嵌入的氯化钠晶体，即在聚醚醚酮支架表面制得具有一定孔隙率和特定孔径尺寸的表面多孔结构。这种表面多孔结构能为骨组织向支架的长入提供空间，植入后的支架能与周围组织形成良好的骨整合。同时，由于构建的多孔结构处于支架的表面，而不是在支架的内部，支架的结构保持更好。
但是，由于造孔剂是在支架挤压降温成型过程中嵌入，嵌入时间短，嵌入时材料的温度难以精确把控；并且在嵌入时支架材料本身处于挤出运动过程中，不可避免的导致部分造孔剂(氯化钠)被过深地嵌入到支架的内部，部分造孔剂不能镶嵌在支架表面，导致支架的多孔结构不可控，骨整合性能差。过深嵌入到支架内部的造孔剂在浸出时可能会出现浸出不完全的情况，会导致支架结构不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法，该方法在聚醚醚酮支架表面得到的多孔结构的数量、大小可控，支架植入人体后，利于骨组织向支架的长入，其骨整合性能好，且其力学性能好，支架结构稳定。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案为，一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法，其步骤为：
A、硬质颗粒的制备
将硬质材料粉碎、过筛，获得粒度为200-800微米的硬质颗粒；
B、硬质颗粒嵌入
将硬质颗粒粘附于聚醚醚酮支架表面，再将聚醚醚酮支架置于热压机内，随后升温至170-190℃并保温1.5-2.5h，随后施加压力为2-4Mpa，将硬质颗粒嵌入聚醚醚酮支架表面，得到表面嵌有硬质颗粒的聚醚醚酮支架；
C、酸蚀处理
将B步制得的聚醚醚酮支架置于氢氟酸溶液中44-52h，聚醚醚酮支架表面的硬质颗粒被腐蚀去除，然后清洗，即得。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
嵌入颗粒时，本发明的聚醚醚酮支架始终控制在温度180±10℃的软化静止状态，并在2-4Mpa的压力作用下，既能很好的将全部硬质颗粒(造孔剂)挤压、嵌入支架的表面，又不会过深的嵌入支架的内部；随后支架表面的硬质颗粒及其粘附剂能被氢氟酸完全腐蚀去除。使得支架表面的多孔结构的孔隙数及孔径可精确控制，支架的骨整合性能好；同时，支架的结构完整性得以保持，孔隙全部处于支架的表面，支架的力学性能好，承重性强。避免了现有方法颗粒嵌入时，时间短，温度变化难以精确控制；支架本身又处于挤出运动过程中，导致部分颗粒被过深的嵌入到支架的内部，部分颗粒又不能镶嵌在支架表面的缺陷。
进一步，本发明A步中的硬质颗粒的成分为二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、羟基磷灰石(HA)、α-磷酸三钙或β-磷酸三钙。
这些硬质颗粒都为常见物质，来源广泛，成本低廉，减低了本发明方法的构建成本；同时，这些硬质颗粒的力学强度高，在热压过程中能够有效地嵌入聚醚醚酮支架表面，又不至于在压力的作用下发生破碎，后期又能够被氢氟酸溶液有效地溶解，进一步保证了多孔结构的孔隙数及孔径的精确、可控。且这些硬质颗粒对细胞安全、无害、具有良好的生物相容性，即便有极少的硬质颗粒残留在支架上，植入人体后也不会对人体产生危害。
本发明B步中的聚醚醚酮支架在附着硬质颗粒前，还进行表面打磨、抛光，再依次用乙醇、去离子水超声清洗。
这样，支架表面光滑、干净，进一步保证了支架表面的多孔结构的孔隙数及孔径可精确控制，制得的支架，骨整合性能好。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的聚醚醚酮支架的显微镜形貌图
图2为本发明实施例1得到的聚醚醚酮支架的断面扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1
一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法，其步骤为：
A、硬质颗粒的制备
将二氧化硅(SiO2)粉碎、过筛，获得粒度为200-800微米的二氧化硅(SiO2)；
B、硬质颗粒嵌入
将聚醚醚酮支架表面打磨、抛光，再依次用乙醇、去离子水超声清洗；再将二氧化硅(SiO2)粘附于聚醚醚酮支架表面，最后将聚醚醚酮支架置于热压机内，随后升温至170℃并保温1.5h，随后施加压力为2Mpa，将二氧化硅(SiO2)嵌入聚醚醚酮支架表面，得到表面嵌有二氧化硅(SiO2)的聚醚醚酮支架；
C、酸蚀处理
将B步制得的聚醚醚酮支架置于氢氟酸(HF)中44h，聚醚醚酮支架表面的二氧化硅(SiO2)被腐蚀去除，然后清洗，即得。
图1为实施例1得到的聚醚醚酮支架的显微镜形貌图。图2为实施例1得到的聚醚醚酮支架的断面扫描电镜图。图1、图2表明，本发明方法在聚醚醚酮支架上得到的多孔结构，其孔径尺寸分布均匀、具有数百微米的孔隙深度，能够为植入后骨组织的长入提供生长空间，形成良好的骨整合。
实施例2
一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法，其步骤为：
A、硬质颗粒的制备
将二氧化钛(TiO2)粉碎、过筛，获得粒度为200-800微米的二氧化钛(TiO2)；
B、硬质颗粒嵌入
将聚醚醚酮支架表面打磨、抛光，再依次用乙醇、去离子水超声清洗；再将二氧化钛(TiO2)粘附于聚醚醚酮支架表面，最后将聚醚醚酮支架置于热压机内，随后升温至170℃并保温1.5h，随后施加压力为2Mpa，将二氧化钛(TiO2)嵌入聚醚醚酮支架表面，得到表面嵌有二氧化钛(TiO2)的聚醚醚酮支架；
C、酸蚀处理
将B步制得的聚醚醚酮支架置于氢氟酸(HF)中44h，聚醚醚酮支架表面的二氧化钛(TiO2)被腐蚀去除，然后清洗，即得。
实施例3
一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法，其步骤为：
A、硬质颗粒的制备
将二氧化锆(ZrO2)粉碎、过筛，获得粒度为200-800微米的二氧化锆(ZrO2)；
B、硬质颗粒嵌入
将二氧化锆(ZrO2)粘附于聚醚醚酮支架表面，再将聚醚醚酮支架置于热压机内，随后升温至170-190℃并保温1.5-2.5h，随后施加压力为2-4Mpa，将二氧化锆(ZrO2)嵌入聚醚醚酮支架表面，得到表面嵌有二氧化锆(ZrO2)的聚醚醚酮支架；
C、酸蚀处理
将B步制得的聚醚醚酮支架置于氢氟酸(HF)中44h，聚醚醚酮支架表面的二氧化锆(ZrO2)被腐蚀去除，然后清洗，即得。
实施例4
一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法，其步骤为：
A、硬质颗粒的制备
将羟基磷灰石(HA)粉碎、过筛，获得粒度为200-800微米的羟基磷灰石(HA)；
B、硬质颗粒嵌入
将聚醚醚酮支架表面打磨、抛光，再依次用乙醇、去离子水超声清洗；再将羟基磷灰石(HA)粘附于聚醚醚酮支架表面，最后将聚醚醚酮支架置于热压机内，随后升温至170℃并保温1.5h，随后施加压力为2Mpa，将羟基磷灰石(HA)嵌入聚醚醚酮支架表面，得到表面嵌有羟基磷灰石(HA)的聚醚醚酮支架；
C、酸蚀处理
将B步制得的聚醚醚酮支架置于氢氟酸(HF)中44h，聚醚醚酮支架表面的羟基磷灰石(HA)被腐蚀去除，然后清洗，即得。
实施例5
一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法，其步骤为：
A、硬质颗粒的制备
将α-磷酸三钙或β-磷酸三钙粉碎、过筛，获得粒度为200-800微米的α-磷酸三钙或β-磷酸三钙；
B、硬质颗粒嵌入
将聚醚醚酮支架表面打磨、抛光，再依次用乙醇、去离子水超声清洗；再将α-磷酸三钙或β-磷酸三钙粘附于聚醚醚酮支架表面，最后将聚醚醚酮支架置于热压机内，随后升温至170℃并保温1.5h，随后施加压力为2Mpa，将α-磷酸三钙或β-磷酸三钙嵌入聚醚醚酮支架表面，得到表面嵌有α-磷酸三钙或β-磷酸三钙的聚醚醚酮支架；
C、酸蚀处理
将B步制得的聚醚醚酮支架置于氢氟酸(HF)中44h，聚醚醚酮支架表面的α-磷酸三钙或β-磷酸三钙被腐蚀去除，然后清洗，即得。

Claims (2)

1.一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法，其步骤为：
A、硬质颗粒的制备
将硬质材料粉碎、过筛，获得粒度为200-800微米的硬质颗粒；所述的硬质颗粒的成分为二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、羟基磷灰石(HA)、α-磷酸三钙或β-磷酸三钙；
B、硬质颗粒嵌入
将硬质颗粒粘附于聚醚醚酮支架表面，再将聚醚醚酮支架置于热压机内，随后升温至170-190℃并保温1.5-2.5h，随后施加压力为2-4Mpa，将硬质颗粒嵌入聚醚醚酮支架表面，得到表面嵌有硬质颗粒的聚醚醚酮支架；
C、酸蚀处理
将B步制得的聚醚醚酮支架置于氢氟酸溶液中44-52h，聚醚醚酮支架表面的硬质颗粒被腐蚀去除，然后清洗，即得。
2.根据权利要求1所述的一种在聚醚醚酮支架表面构建多孔结构的方法，其特征在于：所述B步中的聚醚醚酮支架在附着硬质颗粒前，还进行表面打磨、抛光，再依次用乙醇、去离子水超声清洗。
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