【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種兼具促成骨和光熱抗菌性的醫用聚醚醚酮表面改性材料(表面改性方法為通過氫等離子體注入的方式在材料表面構建一層含氧非結晶性碳)在制備仿生與硬組織植入體材料中的應用，更具體涉及屬于生物材料表面處理領域。
技術介紹
1、硬組織植入材料是生物材料的重要組成部分，具有龐大的市場需求。骨骼同關節和肌肉一起組成了人體的運動系統，在支持體重、保護內臟和維持人體基本形態等方面起到了重要作用，隨著人口老齡化的加劇，機體的老化和疾病導致的激素異常都有可能導致成骨細胞和破骨細胞作用的失衡，從而加大了骨折和關節老化損傷等傷病的發生率。據民政部門統計，全國骨缺損患者將近300萬，因此，對植入材料的需求在不斷攀升。
2、理想的骨植入體首先要求生物相容性要好，不被人體排斥，也不對人體有危害，其次要有優異的力學性能，應例如與骨組織相近的彈性模量、良好的耐腐蝕性以及抗疲勞性等。
3、目前的人工骨植入材料大致可分為金屬材料，陶瓷材料、高分子材料和生物衍生材料四種。大部分金屬存在應力遮擋效應，且金屬材料的耐磨損性差，可能有一定的毒致作用；生物陶瓷材料韌性差、抗疲勞性能也不佳；生物衍生材料制備繁瑣；聚合物材料憑借其耐腐蝕性優異、制備成本低、可塑性強、可搭載生物活性因子等特點，更有利于促進骨整合、骨生長和修復。
4、聚芳醚酮(polyaryletherketone,paek)是一類高性能的熱塑性聚合物材料，由芳香骨架分子鏈連著酮和醚官能團組成，包括聚醚酮(pek)、聚醚酮酮(pekk)和聚醚醚酮(peek)等。其中pee
5、peek材料目前已經被應用于脊柱融合器等硬組織修復領域，但是其在實際應用中依然存在一些問題。研究表明，聚醚醚酮的生物惰性太強導致骨整合效果不佳，其表面大多被纖維包裹而非礦化組織，容易導致植入體松動。同時peek表面抗菌效果差，細菌容易在其表面定值從而導致植入失敗。因此對聚醚醚酮進行表面改性，改善聚醚醚酮的成骨性和抗菌性對促進聚醚醚酮的臨床應用具有重要的意義。
技術實現思路
1、為了解決現有的醫用peek材料作為硬組織修復材料其骨整合和抗菌性能不佳，可能導致術后感染和植入失敗等問題，本專利技術提供了一種聚醚醚酮表面改性材料以滿足臨床上對peek材料成骨和抗感染方面的要求。
2、具體地，本專利技術提供了一種聚醚醚酮表面改性材料在制備仿生與硬組織植入體材料中的應用，所述聚醚醚酮表面改性材料包括：聚醚醚酮材料作為基體，以及原位生成在基體表面的具有大共軛結構的非結晶性碳膜，且所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜的表面存在羥基、羧基、非苯環羰基含氧官能團中的至少一種。
3、在本公開中，本專利技術人考慮到植入體接觸到人體之后，首先進行的是蛋白質的吸附以及炎癥反應的發生，隨后則是與骨或者其他組織的整合，這些性質均與材料表面的性質息息相關。對材料的表面進行改性可以在不破壞基體本身性質的同時使其獲得更加優異的組織整合能力。
4、更一步地，為解決上述問題，本專利技術人提出一種簡便的利用氫等離子注入在高分子表面構建一層含氧非結晶性碳的方法。等離子體浸沒離子注入(piii)是通過應用高電壓脈沖直流，將等離子體中的加速離子作為摻雜物注入合適的基體或置有電極的半導體芯片的靶的一種表面改性技術。具有效率高，涂層和基底結合力好等優點。高分子表面進行等離子體浸沒注入時，高能粒子轟擊材料會導致材料表面發生分子鏈的斷裂，交聯，脫氫脫氧，碳化等過程；另一方面，氫等離子體的強還原性在離子注入中可以更高效的去除材料中的雜質元素，從而使得材料更加迅速的完成碳化，最終導致材料表面形成類石墨的碳化改性層。
5、較佳的，本專利技術中利用氫等離子體注入產生含氧非結晶性碳的機理為：一方面，離子注入過程中產生的高能粒子可以使得材料表面發生碳化過程從而形成類石墨碳結構；另一方面，氫等離子體的強還原性在離子注入中可以更高效的去除材料中的雜質元素，從而使得材料更加迅速的完成碳化。
6、本專利技術主要是采用離子注入法在高分子表面原位形成一層含氧非結晶性碳涂層，可明顯提高材料的促成骨性能以及光熱抗菌性能。
7、較佳的，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜中氧原子的百分比為5％～20％。
8、較佳的，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜中碳氧鍵和碳碳鍵比例為(15％～30％)：1。
9、較佳的，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜的zeta電位值為-120mv～-60mv。
10、較佳的，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜通過非共價作用力以及靜電相互作用的協同效果來促進蛋白吸附；所述蛋白選自牛血清蛋白、纖連蛋白、玻連蛋白中的至少一種，所述蛋白的吸附量為21ug/ml～30ug/ml。
11、較佳的，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜具有光熱轉化性能，每131～144mm2的具有大共軛結構的非結晶性碳膜在800～1000nm(例如808nm)近紅外光照射10～15min內將周圍1cm3的水從10～20℃升高至50～70℃。
12、較佳的，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜具有良好的促成骨分化的能力；在具有大共軛結構的非結晶性碳膜表面培養7天的間充質干細胞堿式磷酸酶(alp)活性為0.1～0.2。
13、較佳的，所述聚醚醚酮表面改性材料的制備方法，包括：通過氫等離子體浸沒式離子注入的方式，在聚醚醚酮材料表面，構建得到具有大共軛結構的非結晶性碳膜。
14、又，較佳的，所述氫等離子體浸沒式離子注入的方式的參數包括：離子注入設備本底真空度為1×10-4～1×10-2pa，通入氫氣流量為1～100sccm，工作真空度為1×10-2～5×100pa，離子源功率為50～1200w，負電壓為0.1～50kv，占空比為10％～80％。
15、本專利技術的有益效果：
16、1)本專利技術提供方法處理后產生的含氧非結晶性碳和基底材料間結合力優良，不會有涂層脫落等現象；
17、2)本專利技術所提供的聚醚醚酮表面改性材料中具有大共軛結構的非結晶性碳膜的制備方法，工藝簡單、條件易控；
18、3)本專利技術提供的聚醚醚酮表面改性材料顯著性地促進了大鼠間充質干細胞的成骨分化；
19、4)本專利技術所提供的聚醚醚酮表面改性材料光熱抗菌效果良好。
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1.一種聚醚醚酮表面改性材料在制備仿生與硬組織植入體材料中的應用，其特征在于，所述聚醚醚酮表面改性材料包括：聚醚醚酮材料作為基體，以及原位生成在基體表面的具有大共軛結構的非結晶性碳膜，且所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜的表面存在羥基、羧基、非苯環羰基含氧官能團中的至少一種。
2.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜中氧原子的百分比為5％～20％。
3.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜中碳氧鍵和碳碳鍵比例為(15％～30％)：1。
4.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜的zeta電位值為-120mV～-60mV。
5.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜通過非共價作用力以及靜電相互作用的協同效果來促進蛋白吸附；所述蛋白選自牛血清蛋白、纖連蛋白、玻連蛋白中的至少一種，所述蛋白的吸附量為21ug/mL～30ug/mL。
6.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述具有大共軛結構的非結晶
7.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜具有良好的促成骨分化的能力；在具有大共軛結構的非結晶性碳膜表面培養7天的間充質干細胞堿式磷酸酶(ALP)活性為0.1～0.2。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的應用，其特征在于，所述聚醚醚酮表面改性材料的制備方法，包括：通過氫等離子體浸沒式離子注入的方式，在聚醚醚酮材料表面，構建得到具有大共軛結構的非結晶性碳膜。
9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，所述氫等離子體浸沒式離子注入的方式的參數包括：離子注入設備本底真空度為1×10-4～1×10-2Pa，通入氫氣流量為1～100sccm，工作真空度為1×10-2～5×100Pa，離子源功率為50～1200W，負電壓為0.1～50kV，占空比為10％～80％。
...【技術特征摘要】
1.一種聚醚醚酮表面改性材料在制備仿生與硬組織植入體材料中的應用，其特征在于，所述聚醚醚酮表面改性材料包括：聚醚醚酮材料作為基體，以及原位生成在基體表面的具有大共軛結構的非結晶性碳膜，且所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜的表面存在羥基、羧基、非苯環羰基含氧官能團中的至少一種。
2.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜中氧原子的百分比為5％～20％。
3.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜中碳氧鍵和碳碳鍵比例為(15％～30％)：1。
4.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜的zeta電位值為-120mv～-60mv。
5.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述具有大共軛結構的非結晶性碳膜通過非共價作用力以及靜電相互作用的協同效果來促進蛋白吸附；所述蛋白選自牛血清蛋白、纖連蛋白、玻連蛋白中的至少一種，所述蛋白的吸附量為21ug/ml～30ug/ml。
6.根據權利要求1所述的應用...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉宣勇，周俊杰，譚繼，馬小涵，
申請(專利權)人：中國科學院上海硅酸鹽研究所，
類型：發明
國別省市：
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