本發(fā)明提供了一種適于3D打印的PEEK復(fù)合材料人工髖關(guān)節(jié)的制備方法，其通過數(shù)字化技術(shù)來對人工髖關(guān)節(jié)的三維造型進行設(shè)計，并將人工髖關(guān)節(jié)與人體骨的接觸面設(shè)計成網(wǎng)狀開槽結(jié)構(gòu)或蜂窩狀孔洞結(jié)構(gòu)，然后用含CaCO₃晶須的PEEK復(fù)合材料作為人工髖關(guān)節(jié)的3D打印材料，根據(jù)設(shè)計好的造型數(shù)據(jù)用專用3D打印機打印人工髖關(guān)節(jié)，再對人工髖關(guān)節(jié)與人體骨的接觸面進行表面處理和涂附活性骨膏，由此得到一種性能優(yōu)越的人工髖關(guān)節(jié)。本方法可用于快速制備個性化人工髖關(guān)節(jié)，且制備出來的人工髖關(guān)節(jié)具有良好的力學(xué)性能和耐磨性能，彈性模量與人體骨骼相近，同時還具有良好的生物活性和骨誘導(dǎo)性，可引導(dǎo)骨再生，使人工髖關(guān)節(jié)和人體骨連接界面愈合良好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種人工髖關(guān)節(jié)的制備方法，具體是一種適于3D打印的PEEK復(fù)合材料人工髖關(guān)節(jié)的制備方法，屬于骨外科醫(yī)用材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，組織工程和再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展水平得到了大幅度的提升，從而為骨缺損的修復(fù)提供了新的選擇，將骨組織工程技術(shù)應(yīng)用于大面積的骨缺損治療，可以克服自體骨移植和異體骨移植的缺點。骨組織工程要求人工骨要由骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性好的生物材料構(gòu)成，且生物相容性和生物降解性要好。

隨著人口老齡化社會的來臨，老年人股骨頭壞死和股骨頸骨折已是骨科常見病，對老年人股骨頸骨折應(yīng)盡早采用髖關(guān)節(jié)置換已是眾多學(xué)者的共識。目前鈷鉻鉬合金人工髖關(guān)節(jié)因為其價格低廉使用得較為廣泛，為了提高耐磨性能，市面上還出現(xiàn)了氧化鋯氧化鋁陶瓷人工髖關(guān)節(jié)，然而不管是鈷鉻鉬合金人工髖關(guān)節(jié)還是氧化鋯氧化鋁陶瓷人工髖關(guān)節(jié)，均沒有生物活性，且剛性太強，彈性模量太高，會產(chǎn)生遮擋現(xiàn)象，不符合骨組織工程材料的要求，因此我們希望采用其他材料來制備一種具有良好機械性能、生物活性和成骨誘導(dǎo)功能的人工髖關(guān)節(jié)。

聚醚醚酮（PEEK）是一種具有高強度、高斷裂韌性的塑料，其耐疲勞性可與合金媲美。醫(yī)用級PEEK具有很好的生物相容性、無細(xì)胞毒性、無誘變性、無致癌性，不引起過敏，還具有極強的耐腐蝕、耐水解和耐化學(xué)性，而且其具有良好的機械性能，是目前研究得較為廣泛的人工骨材料之一。醫(yī)療領(lǐng)域所用的PEEK是經(jīng)美國FDA認(rèn)證的最佳長期骨移植材料，其玻璃化溫度為145℃，熔化溫度為334℃。單獨使用PEEK作為人工骨材料，其缺點在于耐磨性不足且缺乏成骨誘導(dǎo)功能。通過調(diào)整補強材料的加入比例，PEEK復(fù)合材料的楊氏模量可調(diào)節(jié)到18-19GPa，和人體骨骼的楊氏模量最為接近，其作為植入骨可以和健康骨長久并存，骨骼不會發(fā)生疏松退化。

相關(guān)公開資料表明，加入碳酸鈣（CaCO₃）晶須后的PEEK復(fù)合材料的磨損率下降明顯，CaCO₃晶須依靠晶須的橋接，裂紋偏轉(zhuǎn)和撥出效應(yīng)來吸收能量，消除裂紋尖端應(yīng)力，從而降低周圍基體材料所受的應(yīng)力，增加耐磨性，而且磨損出來的微粒不會造成異物損害，也不會增加磨損性。加入10-20%CaCO₃晶須的PEEK復(fù)合材料的磨損率下降26倍，CaCO₃晶須含量為15%時，PEEK復(fù)合材料的磨損率相對純PEEK降低86%，含有15-20%CaCO₃的PEEK晶須復(fù)合材在各個壓力下的摩擦系數(shù)和磨損率最低，減摩效果最優(yōu)。

3D打印技術(shù)是以一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，依托信息技術(shù)、材料科學(xué)和精密機械等多種學(xué)科的尖端技術(shù)，其主要通過計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件設(shè)計模型數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入特定的打印機，運用粉末狀金屬或塑料等可熔融粘合材料，通過加熱熔融擠出逐層打印的方式來構(gòu)造物體。目前3D打印技術(shù)已逐步應(yīng)用到骨組織工程支架材料的制備過程中，3D打印可根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)或計算機設(shè)計模型制造出與人體骨骼形態(tài)相一致的人工髖關(guān)節(jié)，并制造出相應(yīng)的仿生孔隙，以增強材料的生活活性。由于PEEK材料的熔點高，粘度大，目前市面上可將PEEK作為打印材料的3D打印機很少，德國Apium公司生產(chǎn)的Apium M系列3D打印機為專業(yè)打印植入醫(yī)療器械的3D打印機，其具有加熱溫度高、噴頭壓力大、打印分辨率高等優(yōu)點，可適用于PEEK、碳纖維增強PEEK、PEI 9085、POM-C等多種高性能的高分子材料，而且使用其處理PEEK材料，不會影響PEEK材料的生物相容性和殺菌性能。