專利名稱：聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種全髖股骨頭假體材料及其制備方法，具體是一種聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料及其制備方法。用于生物醫(yī)用復合材料領域。
背景技術：
晚期髖關節(jié)疾病最有效的治療方法是全髖關節(jié)置換術，其主要目的是解除髖部疼痛、保持關節(jié)穩(wěn)定、改善關節(jié)功能、調整雙下肢長度。目前商業(yè)化并在臨床大量使用的僅局限于不銹鋼(鐵基合金)、鈷基合金和鈦基合金這三類金屬材料制成的全髖股骨頭假體，其中鈷合金強度高、耐磨損性能好，生物相容性優(yōu)良，是目前應用最廣泛的一類合金。從人工關節(jié)成形術(THA)產生至今，人工關節(jié)假體松動一直是長期困擾人工關節(jié)外科領域的難題，也是導致THA失敗的重要原因之一。最早使用丙烯酸骨水泥固定人工髖關節(jié)，并被后人稱為第一代骨水泥技術，術后十年證實松動率高達30％。為了改善假體的固定，一部分學者致力于提高骨水泥技術，另一部分學者發(fā)展了無骨水泥的生物固定技術，但也遇到了假體松動的問題，有時其骨吸收及假體松動比骨水泥假體還要嚴重。其原因主要有1、剛性金屬材料的彈性模量為骨的6-13倍，當與骨固定形成一個受力單位時，應力將沿高彈性模量的金屬材料集中下傳，而低彈性模量的骨組織由于缺乏應力刺激而逐漸吸收，這種“應力遮擋”作用使假體失去骨支撐而松動。2、假體置入人體后，在受力條件下運動必然發(fā)生磨損，磨損產生的大量磨屑進入到有效關節(jié)間隙中，激活巨噬細胞引發(fā)破骨細胞性骨溶解導致假體松動。因此，研制低模量、耐磨損的關節(jié)材料是發(fā)展的重要方向。以往研制的樹脂基復合材料的低模量特點有希望徹底解決“應力遮擋”問題，但是也存在耐磨性差、置入體內易產生大量磨屑引發(fā)嚴重的骨溶解和松動的缺陷。
經文獻檢索發(fā)現，中國專利名稱金屬基多孔金屬氧化物/羥基磷灰石復合人工骨及制備方法，申請?zhí)?3142150.4，該專利提及到一種金屬基多孔金屬氧化物/羥基磷灰石復合人工骨，可有效用作承受大負荷部位的骨替代物的材料，例如股骨、髖關節(jié)等。此種復合材料雖然通過在金屬基上迭置金屬氧化物陶瓷層和羥基磷灰石層，提高了生物相容性和力學性能，但由于金屬材料的存在會不可避免地無法徹底解決“應力遮擋”問題和產生磨屑的弊病。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對上述的不足和缺陷，提供一種聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料及其制備方法，使其具有高耐磨損性、與骨組織有較好的力學相容性，解決目前現用材料由關節(jié)磨屑、應力遮擋和應力集中導致的關節(jié)假體松動以及骨吸收、骨萎縮等一系列并發(fā)癥。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現的，本發(fā)明聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料是一種用碳纖維增強聚醚醚酮復合材料形成的全髖股骨頭假體材料，該復合材料包含的組成成分及其重量百分比為碳纖維10-60％，余量為聚醚醚酮。
所述的聚醚醚酮經碳纖維增強后可進一步提高其力學性能和耐磨性，所用的碳纖維為短切碳纖維或連續(xù)碳纖維。
本發(fā)明聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的制備方法，可根據所用碳纖維種類不同分為兩種當碳纖維采用短切碳纖維時，首先按照重量百分比稱取短切碳纖維與聚醚醚酮樹脂，在高速混合機中進行預混合，然后用雙螺桿擠出機高溫混煉、擠出、造粒、模壓成型；當碳纖維采用連續(xù)碳纖維，首先稱取正交增強的碳纖維平紋布和聚醚醚酮樹脂，進行疊層，纖維增強方向在0-90°范圍內變化，然后放入平行板的模具中，模壓成型。
方法中，所述的模壓成型為將需模壓的材料放入模具中，合模后放入壓機，由室溫升至400℃，加壓20-50MPa，保溫保壓1-3小時，然后以10-30℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風冷，當溫度降至130-140℃范圍內時脫模。
本發(fā)明具有實質性特點和顯著進步，本發(fā)明具備以下優(yōu)點和積極作用1.復合材料的模量與人體股骨相匹配，與股骨具有良好的力學相容性，為骨組織與假體的穩(wěn)定結合、促進生物學固定創(chuàng)造了良好的生物力學環(huán)境。2.具有一定的強度和高耐磨損性。3.具有良好的生物相容性。4.可解決目前現用材料由關節(jié)磨屑、應力遮擋和應力集中導致的關節(jié)假體松動以及骨吸收、骨萎縮等一系列并發(fā)癥。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發(fā)明作詳細描述。
實施例1聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的組成成分及其重量百分比為碳纖維20％％，聚醚醚酮80％。
稱取200g短切碳纖維與800g聚醚醚酮樹脂，在高速混合機中進行預混合，然后用雙螺桿擠出機高溫混煉、擠出、造粒。將需模壓的粒料放入模具中，合模后放入壓機，由室溫升至400℃，加壓20MPa，保溫保壓2小時，然后以20℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風冷，當溫度降至140℃時脫模。
實施例2聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的組成成分及其重量百分比為碳纖維10％％，聚醚醚酮90％。
稱取100g正交增強的碳纖維平紋布和900g聚醚醚酮樹脂，進行疊層，纖維增強方向為0°。將上述疊層材料放入平行板的模具中，合模后放入壓機，由室溫升至400℃，加壓40MPa，保溫保壓3小時，然后以10℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風冷，當溫度降至135℃時脫模。
實施例3聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的組成成分及其重量百分比為碳纖維40％，聚醚醚酮60％。
稱取400g正交增強的碳纖維平紋布和600g聚醚醚酮樹脂，進行疊層，纖維增強方向為45°。將上述疊層材料放入平行板的模具中，合模后放入壓機，由室溫升至400℃，加壓50MPa，保溫保壓1小時，然后以30℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風冷，當溫度降至130℃時脫模。
實施例4聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的組成成分及其重量百分比為碳纖維60％，聚醚醚酮40％。
稱取600g正交增強的碳纖維平紋布和400g聚醚醚酮樹脂，進行疊層，纖維增強方向為45°。將上述疊層材料放入平行板的模具中，合模后放入壓機，由室溫升至400℃，加壓30MPa，保溫保壓2小時，然后以10℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風冷，當溫度降至135℃時脫模。
實施例1-4效果如下

陶瓷濕磨100分鐘的磨損實驗結果表明，鈦合金、鈷鉻鉬合金以及UHMWPE的體積磨損率分別為實施例3制備的碳纖維/聚醚醚酮復合材料的53.7倍、21.6倍和2.3倍，說明本發(fā)明制備的復合材料具有高耐磨損性。
同時，兔的骨內柱狀體置入實驗結果表明，實施例1-4制備的碳纖維/聚醚醚酮復合材料表現出優(yōu)良的生物相容性和力學相容性。
權利要求
1.一種聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料，其特征在于，所述的全髖股骨頭假體材料是用碳纖維增強聚醚醚酮復合材料形成的，其組分及其重量百分比為碳纖維10-60％，余量為聚醚醚酮。
2.根據權利要求1所述的聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料，其特征是，碳纖維為短切碳纖維或連續(xù)碳纖維。
3.一種聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的制備方法，其特征在于，所述的假體材料其組成成分及其重量百分比為碳纖維10-60％，余量為聚醚醚酮，當碳纖維采用短切碳纖維時，首先按照重量百分比稱取短切碳纖維與聚醚醚酮樹脂，在高速混合機中進行預混合，然后用雙螺桿擠出機高溫混煉、擠出、造粒、模壓成型；當碳纖維采用連續(xù)碳纖維，首先稱取正交增強的碳纖維平紋布和聚醚醚酮樹脂，進行疊層，纖維增強方向在0-90°范圍內變化，然后放入平行板的模具中，模壓成型。
4.根據權利要求3所述的聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料的制備方法，其特征是，所述的模壓成型為將需模壓的材料放入模具中，合模后放入壓機，由室溫升至400℃，加壓20-50MPa，保溫保壓1-3小時，然后以10-30℃/min的降溫速率從400℃降至300℃，而后立即風冷，當溫度降至130-140℃范圍內時脫模。
全文摘要
一種聚醚醚酮全髖股骨頭假體材料及其制備方法。用于生物醫(yī)學領域。本發(fā)明材料，是用碳纖維增強聚醚醚酮復合材料形成的，其組成成分及其重量百分比為碳纖維10－60％，余量為聚醚醚酮。當碳纖維采用短切碳纖維時，首先按照重量百分比稱取短切碳纖維與聚醚醚酮樹脂，在高速混合機中進行預混合，然后用雙螺桿擠出機高溫混煉、擠出、造粒、模壓成型；當碳纖維采用連續(xù)碳纖維，首先稱取正交增強的碳纖維平紋布和聚醚醚酮樹脂，進行疊層，纖維增強方向在0－90°范圍內變化，然后放入平行板的模具中，模壓成型。本發(fā)明具有高耐磨損性、與骨組織有較好的力學相容性，解決了由假體材料引起的關節(jié)假體松動以及骨吸收、骨萎縮等一系列并發(fā)癥。
文檔編號A61L27/44GK1593670SQ20041002539
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月24日 優(yōu)先權日2004年6月24日
發(fā)明者孫康, 喬秀穎, 方嘉, 李偉, 陸?zhàn)?申請人:上海交通大學