CN105233335B

CN105233335B - 一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN105233335B
Application number: CN201510749917.6A
Authority: CN
Inventors: 张凯; 袁波; 林海; 朱向东; 张兴栋
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2018-07-13
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: CN105233335A

Abstract

本发明公开了一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮（PAEK）材料及其制备方法与应用，属于生物医学材料领域。本发明将PAEK粉末和磷酸钙陶瓷（CPC）球形颗粒致孔剂湿法均匀混合后得到的混合物充填入模具内，施压促使硬质的致孔剂以近于密堆积排列的同时排除多余的PAEK粉末，再通过模具加热使PAEK粉末在热压下熔融成型，得到PAEK/CPC坯体，经稀盐酸浸泡去除致孔剂CPC后得到多孔PAEK材料。浓硫酸处理后在模拟体液浸泡，得到具有表面类骨磷灰石层的生物活性多孔PAEK材料。该方法工艺简单、重复性好，所得具有生物活性材料具有完全三维贯通的大孔及丰富的表面微孔，大孔尺寸及孔隙率易于调整，同时可制备具有梯度孔结构的生物活性多孔材料。该生物活性多孔PAEK材料可用于骨缺损的修复，尤其适用于脊柱修复的椎间融合器。

Description

一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于生物医学材料和植入医疗器械领域，具体涉及一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料及其制备方法与应用。

技术背景

聚芳醚酮(polyetherketon eketone, PAEK）聚合物是一种高温热塑性聚合物，由芳香苯环基团链接酮基基团和醚基基团按照不同顺序和比例结合形成其主链结构。其中，代表性的PAEK类聚合物有PEEK和PEKK材料。近年来，PAEK类聚合物由于独特的化学几何结构赋予其良好的化学抗性，射线可透性，热稳定性以及相对于金属材料而言更加接近骨的机械性能而被越来越多的作为生物材料应用于骨科，创伤和脊柱植入材料领域。然而相比于钛金属植入体和骨之间的紧密结合，由于PAEK聚合物的化学和生物惰性，其植入体与骨之间产生了大量的纤维组织，导致了PAEK植入体与骨组织之间表现出了受限的机械键合。

研究人员为了改善PAEK材料的生物活性做了很多相关工作，主要分为：1）物理改性，如等离子体改性（氧等离子体，氨等离子体，氮/氧等离子体，甲烷/氧等离子体，氧/氩等离子体，氨/氩等离子体，氢/氩等离子体等），加速中性原子束和激光电子束改性等；2）化学改性，如磺化处理改性PAEK材料表面得到表面活性及微孔PAEK材料，通过特定反应并通过表面功能基团转化得到表面含酚羟基和羧基的PAEK，通过湿化学选择性的在PAEK材料表面引入羧基、羰基、氨基、谷氨酰胺基及表面共价键合谷氨基酸，还通过细胞外基质蛋白纤连蛋白改性PAEK的吸附和共价接枝键合；3）涂层改性，将一些材料如羟基磷灰石、钛、二氧化钛及类金刚石等材料通过各种方法如冷喷涂，射频磁控溅射，旋转涂布，气浮沉积，等离子体沉积，等离子体浸没粒子注入，电子束沉积，真空等离子体喷涂和物理气相沉积等来沉积在PAEK材料的表面从而提升其生物活性；4）PAEK复合材料，通过氯化钠作为制孔剂与PAEK混合后成型，再除去氯化钠得出多孔PAEK支架材料来提升PAEK植入体与骨之间的连接，或者将一些材料如羟基磷灰石（HA）、硅酸钙、生物玻璃等材料与PAEK材料通过注塑、热熔、压制以及激光烧结等方式制备出复合材料来提升PAEK的生物活性等等。

发明内容

发明人通过对现有技术的综合分析发现现有技术中存在以下不足：制备的PAEK/HA复合材料其机械性能由于两种材料之间的结合为物理连接，在应用中具有局限性；而采用等离子体改性后的PAEK，其改性效果随着时间的延长会逐渐降低，长期有效性需要得到改善；采用溶剂刻蚀得到的PAEK材料只有表面具有薄层的三维微孔孔结构，植入体与骨组织之间没有更紧密的连接；通过化学接枝改性后的PAEK材料，其细胞的贴附依赖于改性的效果，而且细胞的吸附稳定性需要很大提升；通过采用氯化钠作为制孔剂与聚芳醚酮得到复合材料后去除氯化钠后得到的多孔PAEK支架，其生物活性有待提升，而且只具备了大尺寸的连通孔。

而且现阶段的研究大多都只针对于PEEK材料，相对于PEEK材料，PEKK在性能上有和PEEK有很多的相似性，但是PEKK具有更加优良的机械性能和热稳定性，以及其在双酮基键上具有更大的改性优势。然而，对于PEKK材料的提高生物活性的研究，现在国内外均没有研究成果报道。

针对上述问题，本发明提供了一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料及其制备方法，采用磷酸钙陶瓷（calcium phosphate ceramic, CPC）粉体作为致孔剂制备多孔聚芳醚酮材料，获得了较理想的孔结构，具有良好的生物活性和机械性能。提供了一种将一定比例的PAEK粉末和磷酸钙陶瓷（calcium phosphate ceramic, CPC）球形颗粒致孔剂湿法均匀混合后得到的混合物充填入特制的模具内，施压促使硬质的致孔剂以密堆积排列的同时排除多余的PAEK粉末，再通过模具热压使其熔融成型，得到PAEK/CPC混合物坯体，稀盐酸浸泡去除致孔剂后得到多孔PAEK材料，然后浓硫酸处理后在模拟体液（simulated body fluid,SBF）浸泡生成表面类骨磷灰石沉积层，得到具有生物活性的多孔PAEK材料的方法。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料坯体，包括聚芳醚酮材料骨架和填充于所述聚芳醚酮材料骨架中的磷酸钙陶瓷粉体致孔剂。采用磷酸钙陶瓷粉体作为致孔剂，容易通过酸洗去除致孔剂获得包含大孔（100微米以上）和微孔（100微米以下）复合孔结构，在致孔剂原来占据的位置留下大孔，酸洗液与聚芳醚酮材料骨架作用又可以同时形成丰富的表面微孔；另外，由于采用本身具备生物活性的磷酸钙陶瓷粉体作为致孔剂，残余的致孔剂不仅不会造成不利影响，还可以赋予所得的多孔聚芳醚酮材料一定的生物活性。

作为可选方式，所述磷酸钙陶瓷粉体为球形颗粒，所述致孔剂在聚芳醚酮材料骨架中密堆积排列。所述磷酸钙粉体的粒径为300-1200微米，通过调整磷酸钙粉体的粒径与用量可对所得的多孔聚芳醚酮材料的孔径和空隙率进行调控。

作为可选方式，所述的制孔剂为经1200℃以上烧结的磷酸钙陶瓷球形颗粒，粒径为300-1200微米。

作为可选方式，所述磷酸钙陶瓷为羟基磷灰石（hydroxyapatite, HA）、磷酸三钙（tricalcium phosphate, TCP）、HA/TCP双相陶瓷中的至少一种，优选为羟基磷灰石。

作为可选方式，所述聚芳醚酮PAEK材料为聚醚酮酮（PEKK）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮（PEK）、聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）材料中的至少一种。

作为可选方式，所述PAEK材料是无定型或者半结晶型中的一种。优选半晶型PAEK，这样材料具有更加稳定的物理及化学性能。

本发明还提供了一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料，所述聚芳醚酮材料中含有多孔结构，所述多孔结构采用磷酸钙陶瓷粉体作为致孔剂制得，即通过去除上述任意一种坯体中的磷酸钙陶瓷粉体致孔剂制得。

作为可选方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料具有三维贯通的大孔及丰富的表面微孔。进一步的，大孔尺寸及孔隙率易于调整，大孔孔径范围为300-1200微米，孔隙率范围为30%~90%。

作为可选方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料具有底层致密，中间层孔隙率逐步增大，表层大孔连通且孔壁微孔连通的梯度孔结构。多级连通孔结构更有利于细胞、组织及血管长入。

作为可选方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料中还含有亲水性的磺基改性层。提升材料表面的亲水性既有利于羟基磷灰石层的沉积也有利于细胞的贴附、迁移和生长。通过化学改性在材料表面引入了亲水性的磺基基团，极大的增强了材料表面的类骨磷灰石沉积能力，从而通过物理层面上的多孔结构结合化学改性后的亲水性类骨磷灰石沉积表面来显著的提升了PAEK材料的生物活性。

作为可选方式，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料还含有类骨磷灰石沉积层。上述类骨磷灰石沉积层可进一步提升材料的生物活性，便于与植入部位发生骨性结合，还可提升材料的骨诱导和骨传导性能，促进骨细胞的增殖、分化与骨组织的再生。

本发明还提供了一种制备上述的多孔聚芳醚酮材料坯体的方法，以磷酸钙陶瓷球形粉体作为致孔剂，将聚芳醚酮粉末与制孔剂进行湿法均匀混合后得到的复合材料经热压成型。

进一步的，该方法是将一定比例的PAEK粉末和磷酸钙陶瓷（calcium phosphateceramic, CPC）球形颗粒致孔剂湿法均匀混合后得到的混合物充填入模具内，施压促使硬质的致孔剂以密堆积排列的同时排除多余的PAEK粉末，再通过模具热压使PAEK粉末熔融成型，得到PAEK/CPC混合物坯体。

作为可选方式，在上述坯体的制备方法中，所述制孔剂为经1200℃以上烧结的磷酸钙陶瓷球形颗粒，其粒径为300μm以上。进一步的,其粒径为300-1200微米。

作为可选方式，在上述坯体的制备方法中，包括以下步骤：

1)向聚芳醚酮粉末中加入制孔剂，再加入适量溶剂后充分混匀，获得复合材料；

2)将上述步骤1）中所述的复合材料铺展于模具中，加热模具至335-400℃；

3)将上述步骤2）中的模具放入压机上，施加压力，保温保压1小时，冷却后脱模取出复合材料坯体样品。

作为可选方式，上述步骤1）中所述溶剂为乙醇或异丙醇。

作为可选方式，上述步骤1）中所述CPC球形颗粒的重量为PAEK的0-6倍。

作为可选方式，上述方法步骤3）中的压制压力为20-100MPaMPa。

作为可选方式，在上述坯体的制备方法中，包括以下步骤：

1)在PAEK粉末中分别加入不同比例和/或不同粒径的制孔剂，加入适量溶剂后充分混匀，获得不同制孔剂含量和/或不同制孔剂粒径的一系列复合材料；

2) 将上述步骤1）中所述的复合材料单一或者组合铺展于模具中，加热模具至335-400℃；

3）将上述步骤2）中的模具放入压机上，施加压力20-100MPaMPa，保温保压1小时，冷却后脱模取出复合材料坯体样品。

作为可选方式，上述方法步骤1）中所述致孔剂质量为PAEK粉末质量的0-6倍。

作为可选方式，上述方法步骤2）中，将步骤1）中所述的复合材料按照制孔剂含量从低到高或按照制孔剂粒径有小到大依次铺展于模具中。

作为可选方式，上述方法步骤2）中的复合材料的组分为任意的重量份组合，在经过后期去除制孔剂后，材料可以具备着物理结构上的梯度层次，即底层为致密层，上层逐步连通多孔的梯度多孔结构。

本发明还提供了一种制备上述多孔聚芳醚酮材料的方法，包括采用上述任意一种方法制备多孔聚芳醚酮材料坯体，再将坯体经酸洗浸泡除去制孔剂。

作为可选方式，所述经酸洗浸泡步骤采用的酸洗溶剂为盐酸或者硫酸中的一种，优先选用盐酸。

作为可选方式，所述经酸洗浸泡步骤具体为：将样品放入清洗溶剂中浸泡1-5小时后除去CPC球形颗粒，使用去离子水充分清洗后放入37-60℃烘箱中干燥3-7小时。进一步的，在上述浸泡除去CPC球形颗粒的过程中，还可通过搅拌或超声进行辅助。

作为可选方式，上述制备上述多孔聚芳醚酮材料的方法中，在酸洗浸泡除去制孔剂后还包括对所得的多孔样品进行基底化学改性处理。进一步的，所述化学改性处理为通过硫酸进行化学改性硫酸浓度优先选用50-98wt%。材料经过硫酸改性后，一方面能够使得材料表面具有三维连通微孔结构，另一方面可以在材料表面引入亲水性的磺基基团，从而更有利于材料上面的类骨磷灰石沉积。

作为可选方式，所述硫酸改性步骤具体为：将样品浸没于硫酸溶液中1-24小时，处理完后使用去离子水充分清洗，再放入37-60℃烘箱干燥3-7小时。

作为可选方式，上述制备上述多孔聚芳醚酮材料的方法中，还包括在多孔聚芳醚酮材料表面沉积类骨磷灰石层。

作为可选方式，所述沉积类骨磷灰石层步骤具体为：将多孔材料样品放入模拟体液（SBF）中浸泡1-7天沉积类骨磷灰石后取出，使用去离子水轻微冲洗放入37-60℃烘箱干燥3-7小时，获得沉积有沉积类骨磷灰石层的多孔PAEK材料。

作为可选方式，上述制备上述多孔聚芳醚酮材料的方法具体包括以下步骤：

1）在PAEK粉末中分别加入不同比例和/或不同粒径的制孔剂，加入适量混合溶剂后充分混匀，获得不同制孔剂含量的复合材料；

2）将上述步骤1）中所述的复合材料按照制孔剂含量从低到高或按照制孔剂粒径有小到大依次单一或者组合铺展于模具中，加热模具至335-400℃；

3）将上述步骤2）中的模具放入压机上，施加压力20-100MPaMPa，保温保压1小时，冷却后脱模取出复合材料坯体样品；

4）对步骤3）所得的复合材料坯体样品进行制孔剂清除，将样品放入清洗溶剂中搅拌或超声1-5小时后除去CPC微球，使用去离子水充分清洗后放入37-60℃烘箱中干燥3-7小时，所述的除去制孔剂的清洗溶剂为盐酸或硫酸；

5）将上述步骤4）中所得的样品进行基底改性处理，将样品浸没于硫酸溶液中1-24小时，处理完后使用去离子水充分清洗，再放入37-60℃烘箱干燥3-7小时,所述的硫酸溶液浓度为50-98wt%；

6）将上述步骤5）所得的样品放入模拟体液（simulated body fluid, SBF）中浸泡1-7天沉积类骨磷灰石后取出，使用去离子水轻微冲洗放入37-60℃烘箱干燥3-7小时，获得具有生物活性的多孔PAEK材料。

作为可选方式，在上述方法中所述模拟体液（SBF）组分为：Na⁺(140-150mM)，K⁺(4-6mM), Mg²⁺(1-3mM), Ca²⁺(2-4mM), Cl^-(140-150mM), HCO₃ ^-(3-10mM), HPO₄ ^-(0.5-1.0mM),SO₄ ^2-(0.5-1.0mM), pH(7.0-7.5)。

本发明还提供了一种上述具有生物活性的多孔PAEK材料的应用，将其用于制作骨缺损的修复或用于制作椎间融合器材料。其中所述具有梯度多孔结构的材料尤其适用于制作具有功能梯度的椎间融合器材料。作为可选，所述椎间融合器为梯度结构聚芳醚酮材料组成，其上下表面为多孔，中间层为致密。进一步的，所述聚芳醚酮椎间融合器具有良好的生物活性。

本发明还提供了一种用于制备具有生物活性的多孔PAEK材料坯体的模具，包括包括含台阶孔的底座，由内到外依次与所述台阶孔配合的内圆环（形成内腔）、中圆环、外圆环（形成外腔），所述内圆环顶端设置盖板（用于将多余的浆料排除出模具），所述外圆环顶端高于中圆环、外圆环的顶端形成的外腔，所述外腔顶部设置有压头。进一步的所述盖板与内圆环顶端间隙配合，所述压头与所述外圆环的顶端间隙配合。

作为可选，所述内圆环为分体式拼合结构（便于脱模操作），优选为由三块弧形瓦拼合成的圆环结构。

作为可选，所述盖板上设置有溢流孔。

使用时，将PAEK粉末和CPC球形颗粒致孔剂湿法均匀混合后得到的混合物浆料充填入骨架模腔内，再放入盖板，施压促使硬质的HA球形颗粒以近于密堆积排列的同时排除多余的PAEK粉末，再通过模具加热使PAEK粉末在热压下熔融成型，得到多孔PAEK材料坯体。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本发明的有益效果：

本发明采用CPC球形颗粒作为制孔剂与PAEK粉末混合、热压，通过溶剂除去制孔剂得到多孔PAEK试样，再通过化学改性处理后引入亲水性的磺基基团来提升材料的类骨磷灰石沉积能力，从而通过了物理上的三维多孔结构结合化学改性后沉积类骨磷灰石制备出了具有生物活性的多孔PAEK材料，克服了已有方法中PAEK材料与骨组织之间的受限结合等缺陷。

该制备方法生产工艺简单、重复性好，制备出的生物活性多孔PAEK材料具有三维贯通的大孔及丰富的表面微孔，大孔尺寸及孔隙率易于调整，并且能够制备出具有生物活性的梯度多孔PAEK材料，即底层致密，中间层孔隙率居中，表层孔隙率高且大孔连通，孔壁微孔连通的梯度多孔结构。材料孔内部表面上含有部分未溶解的CPC成分，使得材料具有优良的生物相容性的同时保持着一定的力学强度，并且通过化学改性在材料表面引入了亲水性的磺基基团，使得材料变得表面亲水的同时更好的沉积类骨磷灰石，从而通过物理层面上的结构梯度多孔结合化学改性后沉积类骨磷灰石来显著的提升了材料的生物活性。利用本发明制备的生物活性多孔PAEK材料可用于骨缺损的修复，尤其可制备出底层致密，表层三维连通多孔的功能梯度椎间融合器材料应用于脊柱修复。

附图说明：

图1所示：为本发明所述的一种多孔聚芳醚酮材料坯体的结构示意图；

图2所示：为本发明制备具有生物活性的多孔PAEK材料的模具说明图；

图3所示：为本发明制备具有生物活性的多孔PAEK材料的工艺流程示意图；

图4所示：为按照本发明制备的PEKK/HA复合材料坏体及盐酸去除制孔剂后的多孔PEKK-P表面形貌图扫描电镜（SEM）图；

图5所示：为按照本发明制备的多孔PEKK-P材料的断面形貌扫描电镜（SEM）图；

图6所示：为按照本发明制备的多孔PEKK-P（a）、磺化多孔PEKK-SP（b）和类骨磷灰石沉积后的磺化多孔PEKK-BSP（c）的表面形貌扫描电镜（SEM）图；

图7所示：为按照本发明制备的多孔PEKK-P和磺化多孔PEKK-SP浸泡SBF后的表面形貌扫描电镜（SEM）图

图8所示：为按照本发明制备的多孔PEKK-P、磺化多孔PEKK-SP和类骨磷灰石沉积后的磺化多孔PEKK-BSP材料表面的红外光谱（IR）图；

图9所示：为按照本发明制备的多孔PEKK-P、磺化多孔PEKK-SP和类骨磷灰石沉积后的磺化多孔PEKK-BSP材料表面的类骨磷灰石沉积表征X射线衍射（XRD）图；

图10所示：为按照本发明制备的多孔PEKK-P、磺化多孔PEKK-SP和类骨磷灰石沉积后的磺化多孔PEKK-BSP材料表面的接触角结果图；

图11所示：为按照本发明制备的多孔PEKK-P、磺化多孔PEKK-SP和类骨磷灰石沉积后的磺化多孔PEKK-BSP材料表面的单轴压缩力学测试结果图。

附图说明：10为CPC球形颗粒致孔剂，20为PAEK骨架，1为压头，2为盖板，3为内圆环，为中圆环，5为外圆环，6为底座。

具体实施方式：

本发明的制备工艺流程为（如图3 所示）：将一定比例的PAEK粉末和CPC球形颗粒致孔剂湿法均匀混合后得到的混合物充填入特制的模具内，施压促使硬质的致孔剂以密堆积排列的同时排除多余的PAEK粉末，再通过模具热压使其熔融成型，得到PAEK/CPC混合物坯体，稀盐酸浸泡去除致孔剂后得到多孔PAEK材料，然后浓硫酸处理后在模拟体液浸泡生成表面类骨磷灰石沉积层，得到具有生物活性的多孔PAEK材料的方法。

以下实施例中使用了一种如图2所述的模具，包括含台阶孔的底座6，由内到外依次与所述台阶孔配合的内圆环（形成内腔）3、中圆环、外圆环5（形成外腔），所述内圆环顶端设置盖板2（用于将多余的浆料排除出模具），所述外圆环顶端高于中圆环、外圆环的顶端形成的外腔，所述外腔顶部设置有压头1，所述压头与所述外圆环的顶端间隙配合，所述内圆环为分体式拼合结构（便于脱模操作），优选为由三块弧形瓦拼合成的圆环结构，所述盖板上设置有溢流孔。针对上述模具设计，可采用多种加热方式，如：加热套加热、热压机及辐射加热等。

以下所列为本发明的几个最佳实施例，这些实施例仅用作对本发明做进一步描述及例证，但决不限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例中多孔PEKK材料的具体制备步骤如下：

1）称取0.20gPEKK粉末（粉末粒径为50目）与适量乙醇混合后放入模具中，施加压力42Mpa压实；

2）再称取0.08gPEKK粉末与0.40gHA球形颗粒混合均匀后加入适量乙醇再进行湿法混合；

3）再将步骤2）中混合均匀的物料加入模具中使其铺展于步骤1）中压实的材料上方，加热至380 ℃；

4）再对模具施加压力（40MPa）的同时进行保温保压1小时，自然冷却后脱模取出试样，获得混合材料坯体；

5）将（4）中得到的坯体试样放入盐酸中搅拌3小时除去HA球形颗粒，得到多孔PEKK，放入去离子水中超声清洗15min，重复清洗4次后干燥3小时，得到多孔PEKK样品，记为样品1。

对所得试样（记为多孔PEKK-P）进行表面形貌观察，采用扫描电镜（SEM）对材料断面形貌、多孔结构进行观察，结果如图4和图5所示，材料具有底层致密，表层联通大孔梯度多孔结构。

实施例2

化学改性前后对比实验

本实施例中化学改性多孔PEKK-P（磺化多孔PEKK-SP）材料的具体制备过程如下：将实施例1中制备的多孔PEKK-P试样放入浓度为60wt%的硫酸中进行改性处理1小时，处理完后放入去离子水中超声处理15min，重复清洗4次后干燥5小时得到磺化多孔PEKK-SP，记为样品2。

采用扫描电镜（SEM）和红外光谱（IR）对磺化多孔PEKK（图6b）试样与多孔PEKK（图6a）试样进行表面形貌及物化性质对比表征，如图6和图8所示，经过化学改性后，一方面能够使得材料表面具有三维连通微孔结构，另一方面可以在材料表面引入了亲水性的磺基基团。

实施例3

类骨磷灰石沉积前后对比试验

本实施例中生物活性多孔PEKK-P材料的具体制备步骤如下：将磺化多孔PEKK-SP浸泡模拟体液（SBF）沉积类骨磷灰石，7天后取出用去离子水轻微清洗，清洗完后干燥3小时得到生物活性多孔PEKK-BSP材料，记为样品3。作为对比，取实施例1中制备的未经磺化处理的多孔PEKK在相同的条件下进行沉积类骨磷灰石操作，所得产物记为样品4。

本实施例中，所述模拟体液（SBF）可以是市售的模拟体液，也可以按以下组分自行配置：Na⁺(140-150mM)，K⁺(4-6mM), Mg²⁺(1-3mM), Ca²⁺(2-4mM), Cl^-(140-150mM), HCO₃ ^-(3-10mM), HPO₄ ^-(0.5-1.0mM), SO₄ ^2-(0.5-1.0mM), pH(7.0-7.5)。

采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对多孔PEKK-P、磺化多孔PEKK-SP和生物活性多孔PEKK-BSP试样进行形貌观察及表征，如图6、图7、图8及图9所示，浸泡SBF后发现在未经磺化处理的PEKK-P表面（图7）没有类骨磷灰石的沉积，而在磺化处理过的试样PEKK-SP的表面发现了明显的沉积层出现，表明在经过磺化处理后材料的生物活性得到了极大的提升。

采用接触角测试仪对多孔PEKK、PEKK-S及PEKK-BS进行亲疏水性表征，结果如图10所示，经过磺化后的试样的接触角相对于为处理的PEKK试样有显著降低，并且在沉积类骨磷灰石后，PEKK-BS的接触角降低更为明显。表明了在经过磺化改性后材料的亲水性得到了明显改善，并且沉积类骨磷灰石后改善的幅度更大，因此在细胞贴附、增殖及分化方面具有更大优势。

采用材料试验机对多孔PEKK-P、磺化多孔PEKK-SP及类骨磷灰石沉积多孔PEKK-BSP进行单轴压缩测试，测试结果如图11所示，材料的压缩强度达到了20-40MPa，其中PEKK-SP由于微孔的出现，材料的强度有部分降低，而PEKK-BSP由于有类骨磷灰石沉积层的出现，所以强度相对于PEKK-P及PEKK-SP都有提高。

实施例4

本实施例中生物活性多孔PEKK材料的具体制备步骤如下：

1）称取0.10gPEKK粉末与0.45gHA球形颗粒混合均匀后加入适量乙醇再进行湿法混合；

2）称取0.12gPEKK粉末与0.50gHA球形颗粒混合均匀后加入适量乙醇再进行湿法混合，

3）将步骤1）和步骤2）中的物料依次放入钢模中，加热至380°C；

4）对钢模施加压力（45MPa）的同时进行保温保压1小时，自然冷却后脱模取出试样；

5）将上述步骤4）中得到的试样放入盐酸中搅拌3小时除去HA球形颗粒，得到多孔PEKK-P，试样放入去离子水中超声清洗15min，重复清洗5次后干燥4小时；

6）将多孔PEKK-P试样放入浓度为70wt%的硫酸中进行改性处理1小时，处理完后放入去离子水中超声处理15min，重复清洗5次后干燥5小时得到磺化PEKK-SP；

7）将磺化PEKK-SP浸泡模拟体液（SBF）沉积类骨磷灰石，7天后取出用去离子水轻微清洗，清洗完后干燥3小时得到孔隙率为73%的生物活性多孔PEKK-BSP材料，记为样品5，具有两层孔隙率不同的结构。

实施例5

本实施例中生物活性多孔PEEK材料的具体制备步骤如下：

1）称取0.18gPEEK粉末（粉末粒径为55目）与适量乙醇混合后放入模具中，施加压力47Mpa压实；

2）称取0.12gPEEK粉末与0.55gHA球形颗粒混合均匀后加入乙醇再进行湿法混合；

3）称取0.10gPEEK粉末与0.60gHA球形颗粒混合均匀后加入乙醇再进行湿法混合；

4）将步骤2）和步骤3）物料放入自主设计的钢模中，加热至350°C；

5）对钢模施加压力（60MPa）的同时进行保温保压1小时，自然冷却后脱模取出试样；

6）将5）中得到的试样放入盐酸中搅拌5小时除去HA球形颗粒，得到多孔PEEK-P，放入去离子水中超声清洗15min，重复清洗4次后干燥4小时；

7）将多孔PEEK-P试样放入浓度为75wt%的硫酸中进行改性处理2小时，处理完后放入去离子水中超声处理15min，重复清洗6次后干燥5小时得到磺化PEEK-SP；

8）将磺化PEEK-SP浸泡模拟体液（SBF）沉积类骨磷灰石，7天后取出用去离子水轻微清洗，清洗完后干燥5小时得到孔隙率为76%的生物活性多孔PEEK-BSP材料，记为样品6，具有底层致密，中间层孔隙率逐步增大，表层大孔连通且孔壁微孔连通的梯度孔结构。

实施例6

本实施例中生物活性多孔PEKK材料的具体制备步骤如下：

1）称取0.15gPEKK粉末与0.60gCPC球形颗粒混合均匀，混合均匀后加入适量乙醇再进行湿法混合；

2）将混合均匀的物料放入自主设计的钢模中，加热至385°C；

3）对钢模施加压力（100MPa）的同时进行保温保压1小时，自然冷却后脱模取出试样；

4）将（3）中得到的试样放入盐酸中搅拌3小时除去CPC球形颗粒，得到多孔PEKK-P，放入去离子水中超声清洗15min，重复清洗5次后干燥4小时；

5）将多孔PEKK-P试样放入浓度为80wt%的硫酸中进行改性处理1小时，处理完后放入去离子水中超声处理15min，重复清洗6次后干燥5小时得到磺化PEKK-SP；

6）将磺化PEKK-SP浸泡模拟体液（SBF）沉积类骨磷灰石，7天后取出用去离子水轻微清洗，清洗完后干燥6小时得到孔隙率为80%的生物活性多孔PEKK-BSP材料，记为样品7，具有均匀的多孔结构。

实施例7 生物学评价

分别取样品1~7与乳兔间充质干细胞（MSCs）细胞共培养，进行生物学评价，取市售的以氯化钠为致孔剂制备的多孔PAEK材料作为对照，记为样品0。

(1)在乳兔骨髓中提取MSCs后传代2次，待所述细胞融合后，用胰酶消化后计数，用含10%太牛血清的αMEM细胞培养基 (GIBCO 公司 ) 稀释成细胞浓度为 1×10⁵cell/ml的细胞悬液。

(2) 分别取各样品（每个样品取5个平行样），灭菌后置于24孔板中，每孔加入1ml步骤(1)中所制备的细胞悬液，拍匀后在37℃、5v％CO₂条件下共培养72小时。

采用MTT法检测扫描电镜观察评价各样品上的细胞增殖情况，结果表明，样品1~7都具有良好的生物相容性，细胞能够在材料的多孔结构中贴附、迁移和生长并能进入到孔隙结构内部。而对照组中样品0虽然未显示明显的细胞毒性，但其增殖率和显微镜相同视野下的细胞数量都显著低于样品1~7，且细胞的贴附情况也较差，另外由于其孔结构的连通性差，阻碍了细胞在材料表面的迁移。样品1与样品2相比，细胞在样品2表面铺展得更开，其细胞增殖率和相同视野下的细胞数量也都由于样品1，说明磺化处理增加材料表面的亲水性，有利于细胞的贴附铺展和增殖。样品3与样品2相比细胞粘附和增殖情况均由于样品2，且样品3还可以诱导MC3T3-E1细胞向成骨细胞方向分化。样品4与样品2的细胞增殖情况基本相当，但细胞铺展情况不样品2略差。样品5~7的各方面检测结果与样品3基本一致。

实施例8

分别采用聚醚醚酮（PEEK）或聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）代替上述实施例中的PEKK，同样成功制备了相应的多孔PAEK材料，其孔结构与上述对应实施例中所得材料的孔结构基本相同。生物学评价结构也与实施例7中的结构基本一致。

以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料坯体，其特征在于，包括聚芳醚酮材料骨架和填充于所述聚芳醚酮材料骨架中的磷酸钙陶瓷粉体致孔剂，在所述坯体中，通过酸洗去除致孔剂能够获得包含大孔和微孔的复合孔结构，在致孔剂原来占据的位置留下孔径在100微米以上的大孔，酸洗液与聚芳醚酮材料骨架作用又能够同时形成丰富的表面微孔，所述微孔孔径在100微米以下，所述磷酸钙陶瓷粉体致孔剂以密堆积排列，所述聚芳醚酮材料位于所述密堆积排列结构形成的空隙中。

2.一种具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料，其特征在于，所述聚芳醚酮材料中含有多孔结构，所述多孔结构采用磷酸钙陶瓷粉体作为致孔剂制得，即通过去除聚芳醚酮材料坯体中的磷酸钙陶瓷粉体致孔剂制得，所述聚芳醚酮材料坯体包括聚芳醚酮材料骨架和填充于所述聚芳醚酮材料骨架中的磷酸钙陶瓷粉体致孔剂，通过酸洗去除致孔剂能够获得包含大孔和微孔的复合孔结构，在致孔剂原来占据的位置留下孔径在100微米以上的大孔，酸洗液与聚芳醚酮材料骨架作用又能够同时形成丰富的表面微孔，所述微孔孔径在100微米以下。

3.根据权利要求2所述的多孔聚芳醚酮材料，其特征在于，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料具有底层致密，中间层孔隙率逐步增大，表层大孔连通且孔壁微孔连通的梯度孔结构。

4.根据权利要求2所述的多孔聚芳醚酮材料，其特征在于，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料中还含有亲水性的磺基改性层。

5.根据权利要求2所述的多孔聚芳醚酮材料，其特征在于，所述生物活性的多孔聚芳醚酮材料还含有类骨磷灰石沉积层。

6.一种如权利要求1所述的多孔聚芳醚酮材料坯体的制备方法，其特征在于，以磷酸钙陶瓷球形粉体作为致孔剂，将聚芳醚酮粉末与致孔剂进行湿法均匀混合后得到的复合材料经热压成型。

7.根据权利要求6所述的坯体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在PAEK粉末中分别加入不同比例和/或不同粒径的致孔剂，加入适量溶剂后充分混匀，获得不同致孔剂含量和/或不同致孔剂粒径的一系列复合材料；

2）将上述步骤1）中所述的复合材料单一或者组合铺展于模具中，加热模具至335-400℃；

3）将上述步骤2）中的模具放入压机上，施加压力20-100MPa，保温保压1小时，冷却后脱模取出复合材料坯体样品。

8.一种如权利要求2所述的多孔聚芳醚酮材料的制备方法，其特征在于，以磷酸钙陶瓷球形粉体作为致孔剂，将聚芳醚酮粉末与致孔剂进行湿法均匀混合后得到的复合材料经热压成型获得坯体，再将坯体经酸洗浸泡除去致孔剂。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在PAEK粉末中分别加入不同比例和/或不同粒径的致孔剂，所述致孔剂质量为PAEK粉末质量的0-6倍，加入适量溶剂后充分混匀，获得不同致孔剂含量和/或不同致孔剂粒径的一系列复合材料；

2）将上述步骤1）中所述的复合材料按照致孔剂含量从低到高或按照致孔剂粒径由小到大依次铺展于模具中，加热模具至335-400℃；

3）将上述步骤2）中的模具放入压机上，施加压力40-50MPa，保温保压1小时，冷却后脱模取出复合材料坯体样品；

4）对步骤3）所得的复合材料坯体样品进行致孔剂清除，将样品放入清洗溶剂中浸泡1-5小时后除去CPC微球，使用去离子水充分清洗后放入37-60℃烘箱中干燥3-7小时，所述的除去致孔剂的清洗溶剂为盐酸或硫酸；

6）将上述步骤5）所得的样品放入模拟体液中浸泡1-7天沉积类骨磷灰石后取出，使用去离子水轻微冲洗放入37-60℃烘箱干燥3-7小时，获得具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料。

10.一种根据权利要求2所述的具有生物活性的多孔聚芳醚酮材料的应用，其特征在于，将其用于制作骨缺损的修复或用于制作椎间融合器材料。