專利名稱：一種醫(yī)用人造骨骼用材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)楦叻肿踊瘜W(xué)、高分子物理、生物化學(xué)、合成材料工藝學(xué)和材料化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種醫(yī)用人造骨骼用材料的制備方法。
背景技術(shù)：
醫(yī)用高分子材料則是生物醫(yī)用材料中的重要組成部分，主要用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷檢查、患疾治療等醫(yī)療領(lǐng)域。眾所周知，生物體是有機(jī)高分子存在的最基本形式，有機(jī)高分子是生命的基礎(chǔ)。動(dòng)物體與植物體組成中最重要的物質(zhì)一蛋白質(zhì)、肌肉、纖維素、淀粉、生物酶和果膠等都是高分子化合物。因此，可以說(shuō)，生物界是天然高分子的巨大產(chǎn)地。高分子化合物在生物界的普遍存在，決定了它們?cè)卺t(yī)學(xué)領(lǐng)域中的特殊地位。在各種材料中，高分子材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和理化性質(zhì)與生物體組織最為接近，因此最有可能用作醫(yī)用材料。目前，醫(yī)用人造骨骼用材料主要有金屬鈦、陶瓷(如日本特殊陶業(yè)公司研制出的陶瓷制膏狀人造骨、美國(guó)科學(xué)家研制的陶瓷制成的新型人造骨骼)、磷酸鈣和骨膠原復(fù)合材料、海草(生長(zhǎng)在還赫爾果蘭島邊淺水處的某些海草)、有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA)等。金屬鈦雖然具有高強(qiáng)度和良好的韌性，很接近生物骨骼的要求，但植入人體和生物體后，難以產(chǎn)生理想的生物相容性，缺乏生物活性，只是簡(jiǎn)單的機(jī)械物理結(jié)合，且其成本很高，推廣困難。陶瓷雖然比較堅(jiān)固，但質(zhì)地較脆，禁不起碰撞。磷酸鈣和骨膠原復(fù)合材料雖然強(qiáng)度與彈性均接近于真正的骨骼，但其制備工藝參數(shù)復(fù)雜。聚甲基丙烯酸甲酯PMMA是無(wú)毒環(huán)保的材料，可用于生產(chǎn)餐具，衛(wèi)生潔具等，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐候性，醫(yī)用前景較為廣闊。1949年，美國(guó)首先發(fā)表了醫(yī)用高分子的展望性論文。在文章中，第一次介紹了利用PMMA作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨。石墨烯是由一層密集的、包裹在蜂巢晶體點(diǎn)陣上的碳原子組成，是典型的二維納米材料，這種石墨烯晶體薄膜的厚度只有0. 335nm，僅為頭發(fā)的10萬(wàn)分之一，這種特殊結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含了豐富而新奇的物理現(xiàn)象，使石墨烯表現(xiàn)出許多優(yōu)異性質(zhì)，是目前已知世界上強(qiáng)度最高的材料，是構(gòu)建其它維度碳質(zhì)材料(如零維富勒烯、一維碳納米管、三維石墨)的基本單元，經(jīng)過(guò)化學(xué)功能化以后的單層石墨在水及有機(jī)溶劑中具有很好的溶解性，有利于其均勻分散及成型加工。目前，研究最多的是石墨烯增強(qiáng)的高分子材料。并且，中國(guó)科研人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的細(xì)胞在石墨烯上無(wú)法生長(zhǎng)，而人類細(xì)胞卻不會(huì)受損。利用這一點(diǎn)石墨烯可以用來(lái)增強(qiáng)制造醫(yī)用人造骨骼的材料。上述的各種醫(yī)用人造骨骼用材料雖然種類豐富，但大部分材料的制備工藝流程復(fù)雜，成本較高，有些與人體的生物相容性和抗血栓性較差，有些在人體內(nèi)的化學(xué)穩(wěn)定性和耐候性有待考驗(yàn)，且目前利用石墨烯增強(qiáng)聚甲基丙烯酸甲酯來(lái)制造醫(yī)用人造骨骼的概念也從未被使用過(guò)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種醫(yī)用人造骨骼用材料的制備方法。本發(fā)明的醫(yī)用人造骨骼用材料的原料質(zhì)量百分比為氧化石墨烯4. 5 20%、酰氯化后的丙烯酸4. 5 30%、甲基丙烯酸甲酯50 90%、催化劑0. 5 1. 5%和引發(fā)劑 0. 5 1. 5%，所有組分質(zhì)量百分比之和為100%。具體步驟為(1)將質(zhì)量百分比為5 20%的氧化石墨烯分散于質(zhì)量百分比為5 30%的酰氯化后的丙烯酸溶液中，加入反應(yīng)釜中，然后加入質(zhì)量百分比為0. 5 1. 5%的催化劑吡啶， 在N2保護(hù)下，于70 100°C下反應(yīng)3 5小時(shí)后，得到酯化產(chǎn)物。(2)將質(zhì)量百分比為50 90%的甲基丙烯酸甲酯加入步驟(1)所得酯化產(chǎn)物中， 升溫至100 200°C，加入質(zhì)量百分比為0. 5 1. 5%的加聚反應(yīng)引發(fā)劑，聚合反應(yīng)5 10 小時(shí)，冷卻至室溫，得灰色固體，即為制得的醫(yī)用人造骨骼用材料。所述氧化石墨烯是以分析純鱗片石墨為原料，采用Hummers氧化法制得；所述引發(fā)劑為過(guò)氧化環(huán)己酮和過(guò)氧化甲乙酮中的一種；所述酰氯化后的丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、吡啶、過(guò)氧化環(huán)己酮和過(guò)氧化甲乙酮均為分析純。本發(fā)明制備的醫(yī)用人造骨骼用材料，采用廉價(jià)的原料，生產(chǎn)成本低，反應(yīng)簡(jiǎn)單，同時(shí)還具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)通過(guò)石墨烯的引入大幅增強(qiáng)了醫(yī)用人造骨骼用材料的強(qiáng)度。(2)細(xì)菌細(xì)胞在石墨烯上無(wú)法生長(zhǎng)，而人類細(xì)胞卻不會(huì)受損，從而起到抑制病菌生長(zhǎng)的同時(shí)不影響與人體生物組織相容性的作用。
具體實(shí)施例方式以分析純鱗片石墨為原料，采用Hummers氧化法制得氧化石墨烯；酰氯化后的丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、吡啶、過(guò)氧化環(huán)己酮和過(guò)氧化甲乙酮均為分析純。實(shí)施例1 (1)將質(zhì)量百分比為10%的氧化石墨烯分散于質(zhì)量百分比為20%的酰氯化后的丙烯酸溶液中，加入反應(yīng)釜中，然后加入質(zhì)量百分比為1.2%的催化劑吡啶，在N2保護(hù)下，于 80°C下反應(yīng)4小時(shí)后，得到酯化產(chǎn)物。(2)將質(zhì)量百分比為68%的甲基丙烯酸甲酯加入步驟(1)所得酯化產(chǎn)物中，升溫至150°C，加入質(zhì)量百分比為0.8%的加聚反應(yīng)引發(fā)劑過(guò)氧化甲乙酮，聚合反應(yīng)10小時(shí)，冷卻至室溫，得灰色固體，即為制得的醫(yī)用人造骨骼用材料。其性狀接近真正的人體骨骼，抗拉強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度比原沒(méi)加氧化石墨烯的純樹(shù)脂分別提高了 27%和25%。實(shí)施例2:(1)將質(zhì)量百分比為15%的氧化石墨烯分散于質(zhì)量百分比為22%的酰氯化后的丙烯酸溶液中，加入反應(yīng)釜中，然后加入質(zhì)量百分比為0.8%的催化劑吡啶，在N2保護(hù)下，于 100°C下反應(yīng)5小時(shí)后，得到酯化產(chǎn)物。(2)將質(zhì)量百分比為61. 4%的甲基丙烯酸甲酯加入步驟(1)所得酯化產(chǎn)物中，升溫至160°C，加入質(zhì)量百分比為0. 8%的加聚反應(yīng)引發(fā)劑過(guò)氧化甲乙酮，聚合反應(yīng)6小時(shí)，冷卻至室溫，得灰色固體，即為制得的醫(yī)用人造骨骼用材料。其性狀接近真正的人體骨骼，抗拉強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度比原沒(méi)加氧化石墨烯的分別提高了 31%和27%。實(shí)施例3 (1)將質(zhì)量百分比為7. 2%的氧化石墨烯分散于質(zhì)量百分比為12%的酰氯化后的丙烯酸溶液中，加入反應(yīng)釜中，然后加入質(zhì)量百分比為1.4%的催化劑吡啶，在N2保護(hù)下，于 80°C下反應(yīng)5小時(shí)后，得到酯化產(chǎn)物。(2)將質(zhì)量百分比為78. 2%的甲基丙烯酸甲酯加入步驟(1)所得酯化產(chǎn)物中，升溫至140°C，加入質(zhì)量百分比為1.2%的加聚反應(yīng)引發(fā)劑過(guò)氧化環(huán)己酮，聚合反應(yīng)10小時(shí)， 冷卻至室溫，得灰色固體，即為制得的醫(yī)用人造骨骼用材料。其性狀接近真正的人體骨骼， 抗拉強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度比原沒(méi)加氧化石墨烯的分別提高了 17%和16%。
權(quán)利要求
1. 一種醫(yī)用人造骨骼用材料的制備方法，其特征在于原料按以下質(zhì)量百分比配制氧化石墨烯4. 5 20%、酰氯化后的丙烯酸4. 5 30%、甲基丙烯酸甲酯50 90%、催化劑 0. 5 1. 5%和引發(fā)劑0. 5 1. 5%，所有組分質(zhì)量百分比之和為100% ；具體步驟為(1)將質(zhì)量百分比為5 20%的氧化石墨烯分散于質(zhì)量百分比為5 30%的酰氯化后的丙烯酸溶液中，加入反應(yīng)釜中，然后加入質(zhì)量百分比為0. 5 1. 5%的催化劑吡啶，在N2 保護(hù)下，于70 100°C下反應(yīng)3 5小時(shí)后，得到酯化產(chǎn)物；(2)將質(zhì)量百分比為50 90%的甲基丙烯酸甲酯加入步驟(1)所得酯化產(chǎn)物中，升溫至100 200°C，加入質(zhì)量百分比為0. 5 1. 5%的加聚反應(yīng)引發(fā)劑，聚合反應(yīng)5 10小時(shí)， 冷卻至室溫，得灰色固體，即為制得的醫(yī)用人造骨骼用材料；所述氧化石墨烯是以分析純鱗片石墨為原料，采用Hummers氧化法制得；所述引發(fā)劑為過(guò)氧化環(huán)己酮和過(guò)氧化甲乙酮中的一種；所述酰氯化后的丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、吡啶、過(guò)氧化環(huán)己酮和過(guò)氧化甲乙酮均為分析純。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種醫(yī)用人造骨骼用材料的制備方法。以鱗片石墨為原料，采用Hummers氧化法制得氧化石墨烯，并酰氯化丙烯酸，將氧化石墨烯分散于酰氯化后的丙烯酸溶液中，加入反應(yīng)釜中，再加入催化劑吡啶，在N2保護(hù)下，于70～100℃下反應(yīng)3～5小時(shí)，得到酯化產(chǎn)物；將甲基丙烯酸甲酯加入所得酯化產(chǎn)物中，升溫至100～200℃，加入引發(fā)劑，聚合反應(yīng)5～10小時(shí)，冷卻至室溫，得灰色固體，即為制得的醫(yī)用人造骨骼用材料；所述引發(fā)劑為過(guò)氧化環(huán)己酮和過(guò)氧化甲乙酮中的一種。本發(fā)明生產(chǎn)成本低，反應(yīng)簡(jiǎn)單，石墨烯的引入大幅增強(qiáng)了醫(yī)用人造骨骼用材料的強(qiáng)度，且石墨烯在抑制病菌生長(zhǎng)的同時(shí)不影響人造骨骼與人體生物組織的相容性。
文檔編號(hào)C08K3/04GK102492082SQ20111039711
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月3日
發(fā)明者劉括, 徐旭, 郭棟 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)