[发明专利]具有生物活性涂层的聚合物人工骨替换材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物材料领域，涉及医用生物聚合物材料，具体涉及具有生物活性涂层的聚合物人工骨替换材料及其制备方法。

背景技术

目前临床应用的人工骨替换材料主要为金属，其刚度远高于天然骨。根据“负载分担原理”，刚度不匹配时，刚度低的天然骨承受的载荷较低；同时由于破骨细胞将吸收承重较低部位的骨组织，最终会导致人工骨替换材料的松动失效。而生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸钙陶瓷等生物材料虽然具有优良的生物活性，但它们的脆性限制了其在承载骨替换方面的应用。

液晶聚合物具有的高度取向分子结构和天然骨中的胶原蛋白取向结构非常相似，且具有与天然骨较接近的力学性能；然而液晶聚合物自身并没有生物活性，植入体内后需要较长时间才能形成较好的结合界面。

在聚合物表面添加无机生物活性涂层可增强聚合物的抗腐蚀性、耐磨性和生物活性等性能。目前聚合物表面涂层的制备方法主要包括：等离子束溅射法、涂覆烧结、电子束沉积和仿生合成等，但这些方法制备的无机涂层和聚合物基体之间的结合较差，涂层结构不均匀，且制备工艺复杂，生产效率不高，耗时较长，成本较高。

发明内容

与传统技术相比，热喷涂技术在制备过程中无需使用挥发性有机溶剂且任何环境条件下均可进行较大面积的涂层，对聚合物基体材料的形状、熔融粘度和热导率没有特殊要求，并且可以控制涂层厚度，其制备过程一步完成且无需多步处理。

等离子喷涂属于热喷涂技术之一，其制备的涂层具有厚度可控且均匀性较好，粘合强度高、效率高、工艺简单、操作方便、可批量生产等优点。

本发明的目的在于针对现有硬组织替换材料及其制备方法存在的不足，提供一种具有生物活性涂层的聚合物人工骨替换材料及其制备方法。本发明通过等离子喷涂技术在聚合物基底表面喷涂具有生物活性的无机涂层，制备的人工骨替换材料与天然骨力学性能较为接近匹配且具有优良的生物活性。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

具有生物活性涂层的聚合物人工骨替换材料，在聚合物基底表面喷涂有无机涂层，所述聚合物基底为液晶高分子、聚醚酮或聚醚砜；所述无机涂层为羟基磷灰石涂层或生物玻璃涂层。

本发明还提供一种具有生物活性涂层的聚合物人工骨替换材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚合物熔融并注塑为条状，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水分别超声清洗15~30min，得到聚合物基底；

（2）应用等离子喷涂技术，将无机粉体作为等离子喷涂原料，直接喷涂在步骤（1）得到的聚合物基底的表面，得到无机生物活性涂层；

（3）依次将氯化钠、碳酸氢钠、氯化钾、磷酸氢二钾、氯化镁、氯化钙、硫酸钠和三羟甲基氨基甲烷加入去离子水中得到混合溶液，所述三羟甲基氨基甲烷与去离子水的质量体积比为6.118g/L，混合溶液中各离子的摩尔浓度依次为：142.0mmol/L Na⁺、5.0mmol/L K⁺、1.5mmol/L Mg²⁺、2.5mmol/L Ca²⁺、103.0mmol/L Cl^?、27.0mmol/L HCO^3?、1.0mmol/L HPO₄^2?、0.5mmol/L SO₄^2?，用HCl调节pH值为7.25，配制仿生模拟体液；将步骤（2）制备的无机生物活性涂层浸入仿生模拟体液中，在36.5~37.5℃恒温矿化8~15天，取出后依次用丙酮和去离子水清洗，干燥，得到具有生物活性涂层的聚合物人工骨替换材料。

本发明步骤（1）中，所述聚合物为液晶高分子、聚醚酮或聚醚砜。

本发明步骤（2）中，所述无机粉体为羟基磷灰石或生物玻璃。

本发明步骤（2）中，所述等离子喷涂技术的工艺条件为：雾化气体的主气为氩气，流量为2.83m³/h；次气为氢气，流量为0.283m³/h；喷涂电压为33~37V；喷涂电流为840~870A；喷涂距离为8~15cm；喷涂扫描速度为400~1000mm/min；无机粉体的输送量为10~20g/min。