聚多巴胺辅助羟基磷灰石改性PEEK及仿生性能研究

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生物毒性和细菌滋生导致炎症是医学植入物的巨大挑战,具有良好的生物相容性和多功能性的植入材料对临床应用具有深远的意义。聚醚醚酮(PEEK)具有优异的机械性能、耐腐蚀性、射线可透性和生物相容性,在生物医用材料方面具有广阔的应用前景,然而生物惰性限制了其应用。在本研究中,将PEEK与氯化钠熔融烧结,超声处理后得到孔径大约分布在50-100μm的多孔PEEK支架。受自然系统中贻贝粘附的启发,多巴胺作为有效的生物粘合剂,通过简便的溶液浸泡法,在多孔PEEK上自发地修饰纳米羟基磷灰石,得到PEEK-PHA。在此基础上,针对不同应用场景对PEEK进行进一步功能化处理。首先,基于多孔PEEK修饰多功能复合涂层,研究其在骨缺损植入方面的应用潜力。由于聚多巴胺涂层的特性,PEEK-PHA自发的吸附溶菌酶(Lys),在表面形成复合涂层,使材料兼具成骨与抗菌功能。通过对材料的表面形貌、表面元素及基团分析、热重分析、表面亲疏水性、酶固定量等特性的系统研究,证实了PEEK-PHA-Lys的成功制备。此外,体外细胞实验以及生物矿化实验结果表明,材料与MC3T3-E1成骨细胞具有良好的生物相容性,并且具有优异的成骨诱导活性。抗菌实验结果表明,表面吸附的溶菌酶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有高效的杀灭作用,抗菌率分别达到了96.1%和98.7%。此外,针对长期关节磨损所导致的骨软骨缺损问题,以PEEK-PHA为基底,通过紫外光引发聚合的方式,引入聚乙二醇二丙烯酰胺(PEGDAA)及2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)共聚,在基底上形成具有优异力学性能、牢固锚定的润滑水凝胶层,得到一体化支架(PEEK-PHA/PEGDAA-MPC)。首先对材料表面形貌、化学组成、溶胀性能、压缩性能、流变性能、表面亲疏水性等性质进行表征。随后基于水合润滑的机理,研究不同MPC含量、载荷以及频率条件下水凝胶的摩擦学性质,以此调控材料的摩擦行为。最后,通过体外细胞实验证实了材料具有良好的生物相容性。本研究提出的一体化材料提供了一种用于骨软骨缺损替代植入的方案,拓宽了PEEK基材料在生物医学领域的应用可能。
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