一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法，包括如下步骤,1:喷砂；2：对PEEK材料进行打磨抛光处理；3：对PEEK材料进行超声波清洗；4：在真空和室温环境下进行溅射沉积，其工作气体为氩气，气压为0.1

【技术实现步骤摘要】
一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法


[0001]本专利技术涉及骨植入领域，尤其涉及一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法。

技术介绍

[0002]聚醚醚酮(PEEK)作为一种新型的半晶态芳香族塑性工程塑料，具有高熔点(343℃)和优异的力学性能，生物相容性也十分优秀。纯PEEK的杨氏模量为3.86
±
0.72GPa，经碳纤维增强后可达21.1
±
2.3GPa，与人骨的杨氏模量最为接近，可以有效避免植入人体后与人骨产生的应力遮挡以及松动现象，是一种理想的骨科植入物材料。采用3D打印技术制造的PEEK植入体能够很好地满足不同病人不同病情的个性化植入物订制需求，目前国内3D打印PEEK植入物已经在临床上取得了较好的效果。PEEK在脊柱手术，外伤和骨科类医疗产品的临床应用越来越广泛。但是由于PEEK相对疏水的表面具有较低的表面能，从而限制了细胞的黏附。PEEK的这种生物惰性使得PEEK植入体与宿主骨组织之间的骨整合能力较差，在临床上经常会碰到许多并发症，如种植体移位、笼陷或假性关节，这在体外和临床应用研究中都导致了令人不满意的结果。
[0003]金属钽(Ta)具有良好的耐腐蚀性、生物相容性与骨生物活性。生物组织在植入一段时间后会在钽上生长，就像在真实骨骼上生长一样，钽因此也被称为“亲金属”。作为涂层将Ta涂覆在某些医用材料表面，一方面可有效阻止有毒元素的释放，另一方面可提高金属材料的生物相容性。钽涂层能满足理想的骨移植材料三要素，即骨传导、骨诱导和骨生成作用，从而临床应用越加广泛。
[0004]理想的PEEK表面应能使细胞黏附、增殖、成骨细胞分化，促进PEEK植入体表面的矿化，产生大量的骨融合。但在植入过程中，这类骨植入材料易受到细菌感染而引起植入体松动导致植入失败，因此常常需要在植入体表面加入抗菌剂以抑制此类不良影响，无机抗菌剂具有抗菌效果好、持续时间长、无耐药性等优点，展现出更为广阔的应用前景。在本专利技术中，采用物理气相沉积技术(PVD)将金属Ta以及无机抗菌材料沉积在PEEK材料表面，制成的新型植入体可弥补PEEK材料在生物相容性、生物活性、抗菌性及种植体
‑
骨性结合等方面所存在的不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1：对PEEK材料表面工艺处理，提高表面光洁度，并消除PEEK材料表面的粉尘颗粒；
[0007]步骤S2：采用物理气相沉积技术，将纯Ta或Ta与其他金属及其氧化物的复合靶材沉积在PEEK材料的表面，得到PEEK基体涂层材料。
[0008]进一步地，所述步骤S1中，对PEEK表面工艺处理过程包括如下步骤：
[0009]步骤S11：对所述PEEK材料进行喷砂处理；
[0010]步骤S12：用200
‑
3000目的砂纸以及金刚石研磨膏对喷砂处理后的所述PEEK材料进行打磨抛光处理；
[0011]步骤S13:将经过喷砂处理的所述PEEK材料置于丙酮溶液中进行第一次超声波震荡清洗；
[0012]步骤S14:使用无水乙醇和去离子水依次对上述PEEK材料进行第二次超声波清洗和第三次超声波清洗。
[0013]进一步地，所述步骤S11中，所述喷砂处理具体为：利用压缩空气形成的高速喷射束将砂砾喷射到样品表面，喷射时间为1
‑
120min。
[0014]进一步地，所述步骤S13中，所述第一次超声波震荡清洗的时间为5
‑
60min。
[0015]进一步地，所述步骤S14中，所述第二次超声波清洗和所述第三次超声清洗的次数皆为2
‑
3次，每次清洗时间皆为5
‑
60min。
[0016]进一步地，所述步骤S2中，所述物理气相沉积技术采用真空溅射镀膜技术。
[0017]进一步地，所述真空溅射镀膜的工艺参数为：
[0018]PEEK材料在真空环境和温室条件下进行溅射沉积，工作气体为氩气，工作气压为0.1
‑
2.5Mpa，所述氩气的气体流量为15
‑
90sccm，纯Ta或Ta与其他金属及其氧化物的复合靶材与基体的距离为10
‑
50mm，溅射功率为30
‑
200w，溅射时间根据使用需求确定为5
‑
120min。
[0019]进一步地，经过真空溅射镀膜后的所述PEEK涂层材料的涂层厚度在微米级1
‑
1000μm之间可调。
[0020]进一步地，所述真空溅射镀膜技术采用射频溅射沉积或磁控溅射沉积的方法。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果主要体现在：本专利技术首次提出采用PVD技术在3D打印PEEK材料表面镀纯钽金属或含钽的复合涂层，用于提高PEEK植入物的生物相容性；且PVD技术制备的涂层与PEEK材料形成紧密的机械结合，具有很高的结合强度，可防止涂层脱落；金属Ta具有良好的成骨性，Cu、Ag、TiO2、ZnO等具有良好的抗菌性，可提高PEEK材料作为永久植入材料的生物相容性。
附图说明
[0022]图1为本专利技术所述的增强3D打印PEEK材料表面处理制备工艺流程图；
[0023]图2为实施步骤S1处理后3D打印PEEK材料表面形貌图；
[0024]图3为实施步骤S2后3D打印PEEK材料表面形貌图；
[0025]图4为制备的PEEK基体的Ta涂层微观形貌图；
[0026]图5为制备的PEEK基体的Ta涂层的截面形貌图；
[0027]图6为纯PPEK和不同实施例之间的摩擦系数对比图；
[0028]图7为纯PPEK和不同实施例之间的接触角实验对比图。
具体实施方式
[0029]下面将结合示意图对本专利技术一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果，因此，下列描述应当被理解为对于本
领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。
[0030]在本专利技术的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本专利技术的具体保护范围。
[0031]如图1所示，一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法，包括如下步骤：
[0032]步骤1：对聚醚醚酮(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：对PEEK材料表面工艺处理，提高表面光洁度，并消除PEEK材料表面的粉尘颗粒；步骤S2：采用物理气相沉积技术，将纯Ta或Ta与其他金属及其氧化物的复合靶材沉积在PEEK材料的表面，得到PEEK基体涂层材料。2.根据权利要求1所述的一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法，其特征在于，所述步骤S1中，对PEEK表面工艺处理过程包括如下步骤：步骤S11：对所述PEEK材料进行喷砂处理；步骤S12:用200
‑
3000目的砂纸以及金刚石研磨膏对喷砂处理后的所述PEEK材料进行打磨抛光处理；步骤S13:将经过喷砂处理的所述PEEK材料置于丙酮溶液中进行第一次超声波震荡清洗；步骤S14:使用无水乙醇和去离子水依次对上述PEEK材料进行第二次超声波清洗和第三次超声波清洗。3.根据权利要求2所述的一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法，其特征在于，所述步骤S11中，所述喷砂处理具体为：利用压缩空气形成的高速喷射束将砂砾喷射到样品表面，喷射时间为1
‑
120min。4.根据权利要求2所述的一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法，其特征在于，所述步骤S13中，所述第一次超声波震荡清洗的时间为5
‑
60min。5.根据权利要求2所述的一种增强3D打印PE...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳学峥，马迅，李伟，张超，甄锦泽，崔文国，徐佳程，梁坤义，高宇，王艺飞，韩冠杰，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：