[发明专利]一种改善碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面生物活性的方法

说明书

本发明涉及一种医用生物复合材料,具体涉及一种改善碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面生物活性的方法。是通过紫外接枝的方法将生物相容性良好的光敏聚合物甲基丙烯酸酯化明胶和光敏单体丙烯酰胺负载到经过磺化处理的多孔碳纤维增强聚醚醚酮表面上，以增强其生物活性和成骨整合能力。经过磺化、接枝处理以后的碳纤维增强聚醚醚酮表面形成了双重的网络结构其中一层为多孔聚醚醚酮结构层，另一层为甲基丙烯酸酯化明胶/聚丙烯酰胺复合水凝胶层。有利于细胞的长入，极大的改善了碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的生物活性，有利于骨传导和体液传输，提高了其表面的成骨整合能力。

技术领域

本发明涉及一种医用生物复合材料,具体涉及一种改善碳纤维增强聚醚醚酮(CFRPEEK)复合材料表面生物活性的方法。

背景技术

碳纤维聚醚醚酮(CFRPEEK)复合材料作为一种替代金属植入物的候选材料被引入骨科植入物中。CFRPEEK复合材料被认为是一种先进的生物材料，用于治疗创伤、疾病或先天性缺陷造成的骨损伤。与具有超过100GPa的高弹性模量的典型金属材料不同，具有不同纤维长度和取向的碳纤维增强聚醚醚酮(CFRPEEK)具有接近皮质骨(～20GPa)的可调节的弹性模量，这可以减轻植入物与人体骨骼之间的弹性失配导致的应力屏蔽引起的骨质疏松和骨吸收的风险。CFRPEEK复合材料还弥补了PEEK材料韧性和耐冲击强度偏差的弱点。除了具有优异的力学与摩擦学性能外，CFRPEEK还继承了PEEK的无毒性，良好的耐化学性，天然射线可透性，甚至MRI(磁共振成像)兼容性。然而，尽管这些材料自20世纪80年代以来一直引起人们的关注，但CFRPEEK复合材料的生物惰性不利于细胞的生长与粘附，而且其劣势的成骨整合能力使其在植入人体后不能与人体骨组织形成牢固的键合,从而影响植入体材料在人体内的长期稳定性。这些缺点严重阻碍了CFRPEEK复合材料的临床应用。为了改善PEEK及其复合材料的生物活性，许多研究人员通过物理或化学方法对PEEK及其复合材料进行了表面改性，包括PEEK-羟基磷灰石复合材料、PEEK-纳米氟磷灰石复合材料等，但其高脆性，低强度和差的抗疲劳性限制了临床应用。

由于在CFRPEEK复合材料中的PEEK主链中的二苯基酮单元与光引发剂二苯甲酮结构相似，这种独特的性质使其能够通过紫外(UV)接枝具有生物活性的光敏聚合物在CFRPEEK表面上。这些光敏聚合物可以在CFRPEEK上形成聚合物刷，在吸水膨胀后，这些聚合物刷能够形成水合层保护基材，降低摩擦系数并增强基材的生物相容性。

水凝胶是亲水性聚合物的三维(3D)交联网络，其可在水中溶胀以维持其结构。由于其良好的生物相容性，低免疫反应和结构中的生物活性基序，基于天然生物材料的水凝胶的应用在生物医学中越来越广泛。甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA)是可光聚合的明胶材料，其通过将甲基丙烯酸酯基团加入其含胺侧基中而合成。GelMA含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)序列，可促进细胞生长与粘附，与天然细胞外基质(ECM)相似。由于其胶原样骨架和温和的聚合条件，GelMA水凝胶表现出多种细胞反应的特征，例如促进细胞粘附，增殖和分化。然而，其低机械强度和快速降解速率限制了其在临床治疗中的应用。近年来，将合成大分子与具有细胞识别位点的天然生物材料相结合的材料引起了公众的注意。这些复合材料具有合成大分子材料的性质，例如良好的机械性能和可控的降解。同时，它们还保留了天然高分子材料的特定生物活性。一些研究表明，聚丙烯酰胺(PAAM)水凝胶具有完美的柔韧性和变形性能，单体在聚合后无毒。聚丙烯酰胺(PAAM)水凝胶也是由丙烯酰胺单体合成的光聚合水凝胶。

发明内容

本发明的目的是为了解决碳纤维增强聚醚醚酮(CFRPEEK)生物活性差和成骨整合能力差的问题，提供了一种改善碳纤维增强聚醚醚酮生物活性的方法，以满足临床对碳纤维增强聚醚醚酮的生物活性的需求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：