具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料及制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法及该方法得到的材料，所述制备方法的工艺步骤：(1)以聚醚醚酮粉末及导电和光热转换材料粉末为原料，将两种粉末混合均匀并将形成的混合粉末成型为所需的形状，即得到具有导电和光热转换性能的基体；(2)在具有导电和光热转换性能的基体表面接枝活性功能基团，然后将表面接枝有活性功能基团的基体作为电极置于分散液中，通过电泳技术在所述基体表面形成功能涂层，所述分散液由液体导电介质、骨整合促进物质和分散剂组成；(3)将电泳完成后具有功能涂层的材料用去离子水清洗后经干燥去除表面的水，即得到具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料。

Materials and preparation methods for bone repair and tumor suppressor with photothermal conversion and functional coating

【技术实现步骤摘要】
具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料及制备方法
本专利技术属于人工骨材料领域，涉及以聚醚醚酮为基体的主要原料、具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料及其制备方法。
技术介绍
临床上，人工骨材料在骨修复中得到广泛应用。现有人工骨材料包括生物陶瓷类材料、高分子聚合物类材料及复合材料。聚醚醚酮(PEEK)是在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的高分子聚合物，属特种高分子材料，由于其机械性能优良，耐化学腐蚀、能经受住辐射的反复照射，具有生物相容性，尤其是弹性模量与人体骨组织相当，因而在人工骨材料制备中受到关注。但现有以聚醚醚酮(PEEK)为主要原料制备的人工骨材料，重点考虑的是提高材料的生物活性并兼顾机械强度(例如CN201310137210.0公开的“一种骨替代材料的制备方法”)，因而功能单一，仅具有骨修复功能。骨肿瘤是发生于骨骼或其附属组织的肿瘤，威胁着人们的生命，目前常见的治疗办法为切除病变区域，但骨肿瘤极易转移，使患者再次面临肿瘤截骨术后所致的骨缺损风险。因此，研究和制备出具有骨修复和肿瘤抑制功能为一体的材料具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料及制备方法。本专利技术所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法，工艺步骤如下：(1)制备具有导电和光热转换性能的基体以聚醚醚酮粉末及导电和光热转换材料粉末为原料，聚醚醚酮粉末的质量分数为80～99.9％，导电和光热转换材料粉末的质量分数为0.1～20％，将两种粉末混合均匀并将形成的混合粉末成型为所需的形状，即得到具有导电和光热转换性能的基体；(2)在基体表面形成功能涂层在具有导电和光热转换性能的基体表面接枝活性功能基团，然后将表面接枝有活性功能基团的基体作为电极置于分散液中，通过电泳技术在所述基体表面形成功能涂层；所述分散液由液体导电介质、骨整合促进物质和分散剂组成，配制分散液时，100ml液体导电介质中加入骨整合促进物质1～20g，分散剂0.2～10g；(3)清洗与干燥将电泳完成后具有功能涂层的材料用去离子水清洗除去吸附在功能涂层上未结合的物料，然后经干燥去除表面的水，即得到具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料。本专利技术所述方法的步骤(1)中，所述导电和光热转换材料粉末为纳米级石墨烯、纳米级氧化石墨烯、纳米级黑磷、碳纳米管或碳纤维。本专利技术所述方法的步骤(1)中，所述混合粉末的成型采用热压成型、注塑成型或3D打印成型。本专利技术所述方法的步骤(2)中，在具有导电和光热转换性能的基体表面接枝活性功能基团采用等离子处理法、紫外光照射法或磺酸化处理法，所述等离子处理法是在O2和Ar气氛下对具有导电和光热转换性能的基体进行等离子处理实现活性基团的接枝(所接枝的活性基团为羟基和羧基)，所述紫外光照射法是将具有导电和光热转换性能的基体放入含活性基团的液体中，在紫外光照射下实现活性基团的接枝，所述磺酸化处理法是将具有导电和光热转换性能的基体放入浓硫酸中浸泡实现活性基团磺酸基团的接枝。本专利技术所述方法的步骤(2)中，骨整合促进物质为羟基磷灰石粉末、二氧化钛粉末、氧化锌粉末、磷酸钙粉末、磷酸镁粉末或碳酸钙粉末；分散剂为具有抗菌性能的物质、具有肿瘤细胞靶向作用的药物、具有肿瘤治疗作用的化疗药物、影响核酸合成的药物或影响蛋白质合成的药物。具有抗菌性能的物质为抗菌肽、季铵盐或季磷盐；具有肿瘤细胞靶向作用的药物为阿伦磷酸钠、帕比司他、卡非佐米、硼替佐米、达雷木单抗、埃罗妥珠单抗或狄诺塞麦；具有肿瘤治疗作用的化疗药物为顺铂或卡铂；影响核酸合成的药物为抗嘌呤药、抗嘧啶药、抗叶酸药、核苷酸还原酶抑制剂或DNA多聚酶抑制剂；影响蛋白质合成的药物为紫杉醇或喜树碱。它们均可通过市场购买。本专利技术所述方法的步骤(2)中，液体导电介质可以是去离子水、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺，优选去离子水。本专利技术所述方法的步骤(2)中，通过电泳技术在所述基体表面形成功能涂层的电压为10～100V，时间为0.1～12h。本专利技术所述方法制备的材料，基体由聚醚醚酮及导电和光热转换材料组成，基体表面结合有功能涂层；所述功能涂层的组分包括骨整合促进物质和分散剂，所述骨整合促进物质为羟基磷灰石粉末、二氧化钛粉末、氧化锌粉末、磷酸钙粉末、磷酸镁粉末或碳酸钙粉末，所述分散剂为具有抗菌性能的物质、具有肿瘤细胞靶向作用的药物、具有肿瘤治疗作用的化疗药物、影响核酸合成的药物或影响蛋白质合成的药物；该材料的形状和尺寸与患者需修复部位的缺损骨匹配。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术所述方法的产物为具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料，使用该材料，在行使骨的正常生理功能的同时能够抑制周围的癌细胞生长。2、由于本专利技术所述方法制备的材料的基体中，聚醚醚酮质量分数为80～99.9％，因而该材料具有优良的机械性能和生物相容性，弹性模量与人体骨组织弹性模量相近，并能经受住辐射的反复照射。3、由于本专利技术所述方法制备的材料的基体中含有导电和光热转换材料，该类材料在近红外光激发下，表现出良好的光热转换效应，通过控制近红外光的功率，可产生不同的温度，因而具有热疗功能，通过热疗抑制肿瘤细胞的生长。4、由于本专利技术所述方法制备的材料基体表面结合有功能涂层，所述功能涂层含有骨整合促进物质、抗菌物质和肿瘤治疗药物，因而具有药疗功能，不仅可促进骨整合，还可抗病菌感染及抑制肿瘤细胞的生长。5、由于本专利技术所述方法通过电泳技术在具有导电和光热转换性能的基体表面形成功能涂层，因而所得到的涂层均匀、平整、光滑、附着力强，且形成涂层的效率高，分散液中的功能物质损失少。6、本专利技术所述方法操作步骤简单、工艺条件温和、能耗低，易于推广使用。附图说明图1是本专利技术所述方法中通过电泳技术在具有导电和光热转换性能的基体表面形成功能涂层的示意图，图中，1—接枝有活性功能基团的基体、2—碳电极、3—容器、4—形成涂层的带电粒子。图2是实施例1中具有导电和光热转换性能的基体经等离子处理法接枝活性基团后的X射线光电子能谱分析图谱(XPS图谱)。图3是实施例1所制备的骨修复和肿瘤抑制材料表面结合的功能涂层的扫描电镜图(SEM图)；图4是实施例1所制备的骨修复和肿瘤抑制材料在PBS缓冲液中通过不同功率的波长为808nm的近红外光激发的升温曲线。图5是实施例1所制备的骨修复和肿瘤抑制材料被植于裸鼠体内的光热转换效果图，其中，A图是未用近红外光照射的照片，B图是用近红外光照射后的照片。图6是实施例1所制备的骨修复和肿瘤抑制材料对人成骨肉瘤细胞MG63的抑制效果图，其中，A图是骨修复和肿瘤抑制材料和MG63细胞共培养时未用近红外光照射的MG63细胞的活死细胞染色图片，B图是骨修复和肿瘤抑制材料和MG63细胞共培养时采用近红外光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：/n(1)制备具有导电和光热转换性能的基体/n以聚醚醚酮粉末及导电和光热转换材料粉末为原料，聚醚醚酮粉末的质量分数为80～99.9％，导电和光热转换材料粉末的质量分数为0.1～20％，将两种粉末混合均匀并将形成的混合粉末成型为所需的形状，即得到具有导电和光热转换性能的基体；/n(2)在基体表面形成功能涂层/n在具有导电和光热转换性能的基体表面接枝活性功能基团，然后将表面接枝有活性功能基团的基体作为电极置于分散液中，通过电泳技术在所述基体表面形成功能涂层；/n所述分散液由液体导电介质、骨整合促进物质和分散剂组成，配制分散液时，100ml液体导电介质中加入骨整合促进物质1～20g，分散剂0.2～10g；/n(3)清洗与干燥/n将电泳完成后具有功能涂层的材料用去离子水清洗除去吸附在功能涂层上未结合的物料，然后经干燥去除表面的水，即得到具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：
(1)制备具有导电和光热转换性能的基体
以聚醚醚酮粉末及导电和光热转换材料粉末为原料，聚醚醚酮粉末的质量分数为80～99.9％，导电和光热转换材料粉末的质量分数为0.1～20％，将两种粉末混合均匀并将形成的混合粉末成型为所需的形状，即得到具有导电和光热转换性能的基体；
(2)在基体表面形成功能涂层
在具有导电和光热转换性能的基体表面接枝活性功能基团，然后将表面接枝有活性功能基团的基体作为电极置于分散液中，通过电泳技术在所述基体表面形成功能涂层；
所述分散液由液体导电介质、骨整合促进物质和分散剂组成，配制分散液时，100ml液体导电介质中加入骨整合促进物质1～20g，分散剂0.2～10g；
(3)清洗与干燥
将电泳完成后具有功能涂层的材料用去离子水清洗除去吸附在功能涂层上未结合的物料，然后经干燥去除表面的水，即得到具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料。


2.根据权利要求1所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述导电和光热转换材料粉末为纳米级石墨烯、纳米级氧化石墨烯、纳米级黑磷、碳纳米管或碳纤维。


3.根据权利要求1或2所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述混合粉末的成型采用热压成型、注塑成型或3D打印成型。


4.根据权利要求1或2所述具有光热转换性能和功能涂层的骨修复和肿瘤抑制材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中，在具有导电和光热转换性能的基体表面接枝活性功能基团采用等离子处理法、紫外光照射法或磺酸化处理法，所述等离子处理法是在O2和Ar气氛下对具有导电和光热转换性能的基体进行等离子处理实现活性基团的接枝，所述紫外光照射法是将具有导电和光热转换性能的基体放入含活性基团的液体中，在紫外光照射下实现活性基团的接枝，所述磺酸化处理法是将具有导电和光热转换性能的基体放入浓硫酸中浸泡实现活性基团磺酸基团的接枝。

【专利技术属性】
技术研发人员：毕瑞野，何苗苗，张利，祝颂松，侯毅，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51