專利名稱：納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料與制備方法及應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于植入體材料與器件，特別是一種納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料 與制備方法及應用。
背景技術：
聚醚醚酮(英文簡稱PEEK)是一種性能優(yōu)異的半結晶態(tài)芳香族熱塑性工程塑料， 它不僅具有耐高溫、耐蠕變、耐疲勞、耐磨損等優(yōu)良性質，被稱為超級塑料；而且是一種被廣 泛應用的生物相容性材料，其優(yōu)良的生物相容性已被許多體內(nèi)、外實驗證實，并在生物醫(yī)學 領域具有廣泛的應用前景。納米粒子是由數(shù)目極少的原子或分子組成的原子群或分子群，它具有小尺寸效 應、表面效應、量子尺寸效應等特點，這使其與塑料復合產(chǎn)生較強的界面相互作用，以納米 顆粒作為交聯(lián)點，形成具有網(wǎng)狀交聯(lián)結構的聚合物復合材料，可顯著提高塑料基復合材料 的剛性、韌性、介電性、耐磨性等物理、力學及機械性能。一般認為，納米粒子增加復合材料 的承載能力，在于材料表面磨損時脫粘的納米材料因有很強的表面活性，能促進轉移膜在 對偶面的粘結，并形成細膩的薄層，有利于大大減緩復合材料的磨損；而常規(guī)微米級顆粒脫 落滯留在摩擦界面后，容易造成嚴重的磨料磨損?，F(xiàn)在全世界每年接受人工關節(jié)置換手術的患者數(shù)量已超過100萬人次，其中我國 每年接受人工關節(jié)置換手術的患者就超過10萬。超高分子量聚乙烯/金屬人工關節(jié)由于 價格優(yōu)勢被目前臨床廣泛采用，但長期使用后超高分子量聚乙烯產(chǎn)生大量磨損磨屑會導致 假體周圍骨溶解和無菌松動而使置換關節(jié)失效，使用壽命短。金屬/金屬關節(jié)和陶瓷/陶 瓷關節(jié)雖然耐磨性好，但加工精度要求高，成本高，而且對手術技術要求高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過在聚醚醚酮中填充納米粒子，獲得高耐磨長壽命 人工關節(jié)摩擦承載材料，該材料能夠顯著提高其洛氏硬度、降低摩擦系數(shù)，減輕摩擦副的磨 損，用該材料制成的人工關節(jié)植入人體后，能夠減少人工關節(jié)的磨損，提高人工關節(jié)的壽 命，減輕患者的痛苦和負擔。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為一種納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料， 以在聚醚醚酮中填充的納米顆粒作為交聯(lián)點，形成具有網(wǎng)狀交聯(lián)結構的聚合物復合材料?！N制備納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料的方法，包括以下步驟(1)對聚醚醚酮粉末進行細分篩選；(2)用含偶聯(lián)劑的乙醇溶液對納米顆粒進行修飾；(3)將填充納米顆粒與聚醚醚酮粉末在乙醇溶液中充分機械混合和超聲分散，然 后進行過濾并真空干燥；(4)將干燥的復合粉末加入模具中，熱壓成型制備出塊體納米顆粒增強聚醚醚酮 人工關節(jié)材料。
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一種納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料的應用，人工關節(jié)為人工髖關節(jié)，其中 的髖關節(jié)白的內(nèi)表層由所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料制成，該內(nèi)表層的厚度 為2-4mm ；髖關節(jié)臼的外表層則為聚醚醚酮制成，厚度為8_10mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點(1)本發(fā)明制備的納米顆粒/PEEK復合材料 中的納米顆粒填充量低，小于10wt%。優(yōu)選的復合材料的耐磨性比純PEEK提高8倍，摩擦 系數(shù)下降至純PEEK的1/2 ；⑵納米顆粒增強PEEK復合材料的硬度和潤濕性都得到改善， 能減輕摩擦偶件的磨損。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖1是本發(fā)明納米顆粒增強聚醚醚酮復合材料制備方法的流程圖。圖2是人工髖關節(jié)中的髖關節(jié)臼的剖視結構示意圖。
具體實施例方式結合圖1，本發(fā)明制備納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料的方法，包括以下步 驟(1)對聚醚醚酮粉末進行細分篩選；(2)用含偶聯(lián)劑的乙醇溶液對納米顆粒進行修飾；所述納米顆粒為生物相容性好 的氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦或羥基磷灰石等，粒度在lO-lOOnm。偶聯(lián)劑為硬脂酸、硅烷或鈦酸 酯，偶聯(lián)劑用量為填充納米粉末質量分數(shù)的1_3%。納米顆粒與聚醚醚酮的質量百分比為 1 10 99 90。(3)將填充納米顆粒與聚醚醚酮粉末在乙醇溶液中充分機械混合和超聲分散，然 后進行過濾并真空干燥；采用醫(yī)用級聚醚醚酮粉末，并通過細分篩選，其粒度小于ΙΟΟμπι。(4)將干燥后的混合粉末加入模具中，熱壓成型制備出塊體納米顆粒增強聚醚醚 酮人工關節(jié)材料。熱壓壓力15-25Mpa，以10°C /min的升溫速率升溫至300_400°C，保壓保 溫時間30-50分鐘，然后在模具中保壓冷卻至100°C，再脫模取樣。在蒸餾水潤滑條件下， 用MM-200環(huán)塊摩擦試驗機評價其摩擦磨損性能。所制備出來的納米顆粒增強聚醚醚酮人 工關節(jié)材料，以在聚醚醚酮中填充的納米顆粒作為交聯(lián)點，形成具有網(wǎng)狀交聯(lián)結構的聚合 物復合材料。納米粒子填充量為I-IOwt%，粒度在10-100nm。本發(fā)明納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料的應用，人工關節(jié)為人工髖關節(jié)，其 中的髖關節(jié)白的內(nèi)表層由所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料制成，該內(nèi)表層的厚 度為2-4mm ；髖關節(jié)臼的外表層則為聚醚醚酮制成，厚度為8_10mm。實施例1 選用聚醚醚酮粉末，平均粒度為ΙΟΟμπι;填充材料為晶型納米Al2O3粉 末，純度為99%，平均粒徑80nm。制備復合材料過程如下(1)用孔徑為100 μ m篩子對聚醚醚酮粉末進行篩選；(2)用硬脂酸偶聯(lián)劑對納米Al2O3顆粒進行表面修飾；(3)將質量分數(shù)分別為0%、1%、3%、5%、7%、9%的納米Al2O3粉末與PEEK粉末 放入球磨罐中，在乙醇溶液下濕混，球磨機轉速為200轉/分，每次混料過程為順時針、逆時針各旋轉60分鐘；(4)對濕混后粉末再進行10分鐘的超聲分散，然后干燥箱內(nèi)干燥；(5)將混好的粉末倒入模具腔中，每次大約40克，成型壓力為25MPa，以10°C /min 的升溫速率升溫至400°C保溫40min，然后在模具中保壓冷卻至100°C，再脫模取樣，得到納 米Al2O3-PEEK-Ol復合材料；(6)測試復合材料的潤濕性能。在MM-200環(huán)塊摩擦實驗機，復合材料為塊樣， CoCrMo合金為環(huán)樣，轉速為200r/min，磨損時間為2小時，載荷196N，試驗環(huán)境溫度20°C左 右，相對濕度60%左右。在蒸餾水潤滑條件下測試其摩擦磨損性能。表1納米Al2O3-PEEK-Ol復合材料性能
權利要求
1.一種納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料，其特征在于以在聚醚醚酮中填充的納 米顆粒作為交聯(lián)點，形成具有網(wǎng)狀交聯(lián)結構的聚合物復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料，其特征在于納米粒 子填充量為I-IOwt %，粒度在10-100nm。
3.一種制備權利要求1或2所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料的方法，其特 征在于包括以下步驟(1)對聚醚醚酮粉末進行細分篩選；(2)用含偶聯(lián)劑的乙醇溶液對納米顆粒進行修飾；(3)將填充納米顆粒與聚醚醚酮粉末在乙醇溶液中充分機械混合和超聲分散，然后進 行過濾并真空干燥；(4)將干燥的復合粉末加入模具中，熱壓成型制備出塊體納米顆粒增強聚醚醚酮人工 關節(jié)材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料的制備方法，其特征 在于所述納米顆粒為生物相容性好的氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦或羥基磷灰石等，粒度在 IO-IOOnm。
5.根據(jù)權利要求3所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料的制備方法，其特征在 于偶聯(lián)劑為硬脂酸、硅烷或鈦酸酯，偶聯(lián)劑用量為填充納米粉末質量分數(shù)的1_3%。
6.根據(jù)權利要求3所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料的制備方法，其特征在 于采用醫(yī)用級聚醚醚酮粉末，并通過細分篩選，其粒度小于ΙΟΟμπι。
7.根據(jù)權利要求3所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料的制備方法，其特征在 于納米顆粒與聚醚醚酮的質量百分比為1 10 99 90。
8.根據(jù)權利要求3所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料的制備方法，其特征在 于熱壓壓力15-25Mpa，熱壓溫度300-400°C，保壓保溫時間30-50分鐘。
9.由權利要求1或2所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料的應用，其特征在 于人工關節(jié)為人工髖關節(jié)，其中的髖關節(jié)白的內(nèi)表層由所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人 工關節(jié)材料制成，該內(nèi)表層的厚度為2-4mm ；髖關節(jié)白的外表層則為聚醚醚酮制成，厚度為 8-10mmo
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料與制備方法及應用，以在聚醚醚酮中填充的納米顆粒作為交聯(lián)點，形成具有網(wǎng)狀交聯(lián)結構的聚合物復合材料，該復合材料在人工關節(jié)為人工髖關節(jié)的應用，其中的髖關節(jié)臼的內(nèi)表層由所述的納米顆粒增強聚醚醚酮人工關節(jié)材料制成，該內(nèi)表層的厚度為2-4mm；髖關節(jié)臼的外表層則為聚醚醚酮制成，厚度為8-10mm。本發(fā)明制備的納米顆粒/PEEK復合材料中的納米顆粒填充量低，小于10wt％。優(yōu)選的復合材料的耐磨性比純PEEK提高8倍，摩擦系數(shù)下降至純PEEK的1/2；納米顆粒增強PEEK復合材料的硬度和潤濕性都得到改善，能減輕摩擦偶件的磨損。
文檔編號A61L27/50GK102058906SQ20101055597
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權日2010年11月24日
發(fā)明者熊黨生 申請人:南京理工大學