一种生物功能化聚醚醚酮植入物的制备方法及应

本发明属于医学材料，涉及一种骨科种植体，具体涉及一种生物功能化聚醚醚酮植入物的制备方法及应用。背景技术：1、一个完美的骨科种植体植入后应避免并发症的发生，而有效避免并发症发生的关键在于植入物的骨整合能力。goodman(goodman sb，biomaterials 2013,34(13):3174-3183)提出骨科生物涂层植入物的未来重点在于提高骨整合；韩(han,biomaterials,2010.31(13):p.3465-70.)认为，优良的骨科假体不仅要有促进骨组织生长的潜能，而且要具有良好的生物相容性。总之，对骨科内植入表面功能化改性需提高植入物的骨整合能力。2、目前构建骨科假体的体外实验大多局限于促进成骨性能研究，同时兼具抑制破骨性能的植入物研究甚少。有些修饰的骨科假体体外实验促进成骨效果较好，但体内骨整合实验却不太理想，其主要原因在于体外很难模拟一个体内环境。目前评价内植入物材料的骨结合研究主要采用材料与骨髓间充质干细胞或成骨细胞在成骨诱导液刺激的单因素培养模型，通过成骨分化指标(碱性磷酸酶，茜素红以及骨形态发生蛋白-2等成骨相关基因的表达)来评价，并没有考虑到评估材料抑制破骨分化的能力。内植入物在宿主内的性能发挥很大程度上受促进成骨效果和抑制破骨效果两方面影响，也即是骨髓间充质干细胞成骨分化及单核巨噬细胞破骨分化。3、聚醚醚酮(polyetheretherketone，peek)是一种半结晶线性多环芳香热塑性塑料，由英国科学家于1978年首先开发(ma，int j mol sci.2014；15(4):5426-5445.)。peek的分子结构以芳香分子为主干并在芳香环之间连接有酮和酯官能基团，这种特殊的化学结构使peek表现出稳定的物理和化学性质，如耐高温、耐磨、耐燃烧、耐水解、耐化学药品等(luo，j mech behav biomed mater.2014；29:103-113.12-15；kurtzsm,biomaterials.2007；28(32):4845-4869.)。peek具有良好的体外和体内生物相容性，无毒性、无致畸、无致突变、致癌效应，而且放射线可以透过，磁共振扫也不会产生伪影。目前，peek及其复合材料已成为材料学家和骨科专家研究的热点，且已有椎间融合器、人工关节假体等应用于临床并取得了良好的近期随访效果。然而，peek是生物惰性及疏水性的，缺乏生物活性，植入体内后不能很好地与宿主骨进行骨整合，极大地限制了其在临床上的广泛应用。4、因此，对于peek生物材料表面改性应该使其具备良好的骨整合能力，但目前应用于骨科的功能化材料大多为仅具备促进成骨分化能力的材料，很少有骨科材料会考虑到抑制破骨分化的关键作用。锶离子对成骨具有积极的促进作用，并且经常以雷尼酸锶的形式用于临床。而生物活性玻璃因其良好的生物相容性，目前被用作治疗各种骨科和其他疾病的植入材料。本发明采用溶胶-凝胶法制备了掺锶生物活性玻璃，并将其固定在peek表面，以评估生物功能化聚醚醚酮植入物对骨结合的影响。技术实现思路1、本发明针对上述问题进行，为解决peek材料生物惰性问题及通过表面改性赋予其多种生物功能，提供了一种生物功能化聚醚醚酮植入物的制备方法。2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案概述如下：通过强酸处理对聚醚醚酮进行表面改性，并利用溶胶凝胶法使其与掺锶的生物活性玻璃结合，赋予其促进骨髓间充质干细胞成骨分化同时抑制单核巨噬细胞破骨分化的能力。3、具体的，本发明提供的生物功能化聚醚醚酮植入物的制备方法包括如下步骤：4、a、浓硫酸磺化peek5、peek经清洗预处理后浸入浓硫酸溶液中，25℃超声波照射几分钟后，用去离子水洗涤至硫酸残留物去除；所有材料均在内衬惰性材料的高压釜中进行120℃水热处理，然后冷却至25℃，得到浓硫酸磺化的peek；6、b、含锶离子的介孔生物玻璃纳米球制备7、采用改良的微乳液辅助溶胶-凝胶法合成：将溴化十六烷基铵溶于去离子水中，并在55-60℃的水浴中快速搅拌，直至catb完全溶解；然后加入乙酸乙酯，再次在55-60℃下搅拌，搅拌一定时间后，加入1mol/l氨水，再次搅拌后加入原硅酸四乙酯teos并搅拌；每隔30分钟依次加入teos和四水合硝酸锶；所得胶体在8000g转速下离心后，然后依次用去离子水和无水乙醇洗涤；将洗净的沉淀物放在65℃的干燥环境中过夜，然后在750℃的高温下煅烧，得到含锶离子的介孔生物玻璃纳米球sr-mbg；8、c、生物功能化聚醚醚酮sr-spk制备9、将步骤b中的sr-mbg放入壳聚糖溶液中，水浴超声后包裹在浓硫酸磺化的peek表面，并放在60℃环境中干燥过夜，得到生物功能化聚醚醚酮sr-spk。10、上述三个步骤的具体工艺条件如下：11、步骤a中，peek清洗预处理的步骤如下：先用乙醇对样品进行30分钟的超声波清洗，然后用去离子水清洗两到三次，并在37℃的环境中干燥过夜；peek经清洗预处理后浸入浓度为98％～99％的浓硫酸溶液中，25℃超声波照射5分钟后，用去离子水洗涤至少三次至硫酸残留物去除；所有材料均在内衬聚四氟乙烯材料的高压釜中进行120℃水热处理12h，然后冷却至25℃，得到浓硫酸磺化的peek。12、步骤b中，溴化十六烷基铵的浓度为0.05～0.06mol/l，去离子水、乙酸乙酯、氨水、teos的体积比为165:50:35:18，四水合硝酸锶与溴化十六烷基铵的质量比为9：14；加入乙酸乙酯后的搅拌时间为30min，加入氨水后的搅拌时间为15min，加入teos后的搅拌时间为30min；胶体在8000g转速下的离心时间为10min。13、步骤c中，壳聚糖溶液的制备方法如下：向蒸馏水中加入2倍体积的醋酸并调节至酸性环境，然后加入壳聚糖粉末，用磁力搅拌器搅拌混合后得到壳聚糖溶液，所述壳聚糖重量与蒸馏水体积之比为2:1。14、本发明另一方面，提供了一种生物功能化聚醚醚酮植入物，其采用上述任一项所述的方法制备得到。15、通过调整sr-mbg在壳聚糖溶液中的加入量，可得到不同倍浓度的sr-spk。本发明制备了0.1倍浓度的sr-spk和0.5倍浓度的sr-spk。16、性能测试结果显示，普通的peek表面最光滑，酸化及表面改性的peek接触角降低到不同的水平，以0.5倍浓度的sr-spk表面接触角最佳，说明处理显著提高了peek的亲水性。与此同时，sr-spk表面上的骨髓间充质干细胞增殖及生长活跃度也优于表面改性前。17、分化检测结果显示，sr-spk与peek相比可以明显促进大鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化，同时可以明显抑制大鼠单核巨噬细胞向破骨细胞分化，明显抑制了破骨细胞的形成，生物功能性较佳。18、因此，本发明第三方面，提供了上述所述的生物功能化聚醚醚酮植入物在制备骨科种植体中的应用。由该材料制备的骨科种植体既具备促进成骨分化能力，又能够抑制破骨分化。19、发明的作用与效果20、本发明为peek材料提供一种生物活性修饰，先通过强酸酸化改变其表面形貌，然后通过溶胶凝胶法使其与含锶离子的介孔生物玻璃纳米球结合，具有促进骨髓间充质干细胞成骨分化和抑制单核巨噬细胞破骨分化的能力。通过该方法对生物惰性的peek材料进行功能化，有望促进peek骨科植入物体内骨整合，大大提高peek植入物在骨科手术的成功率并显著降低术后并发症的发生概率。