基于聚酰亚胺和聚醚醚酮骨修复材料的研究

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聚酰亚胺(PI)及聚醚醚酮(PEEK)作为特种工程塑料,凭借其优异的物理化学性质,使其在医用领域应用十分之广泛。在本论文中,我们致力于研究并开发出应用于骨组织工程的材料。我们分别选用聚醚醚酮及聚酰亚胺作为基底材料,对其改性,研究上述两种材料作为骨组织工程应对材料的一系列优异性质。在本论文第一个研究中,我们从医用级别聚醚醚酮基底材料出发,在PEEK表面使用多巴胺(PDA)涂层进行改性,随后在PDA涂层表面螯合梯度浓度Mg2+(0.02M,0.1M,0.5M)分别得到未改性PEEK、PEEK-PDA、PEEK-P-0.02、PEEK-P-0.1、PEEK-P-0.5五组样品。我们对五组样品进行了包括表面粗糙度、表面水接触角、XPS、FT-IR、SEM、EDS等一系列表面表征,其表面粗糙度和水接触角在改性前后改善明显;XPS、FT-IR、SEM、EDS结果表明PDA涂层稳定存在至PEEK-PDA、PEEK-P-0.02、PEEK-P-0.1、PEEK-P-0.5样品表面,Mg2+成功螯合进入PEEK-PDA表面。此外,我们还对五组样品进行了一系列的体外生物学表征,包括细胞毒性实验、细胞增殖实验、ARS、ALP、SBF模拟体液浸泡、体外血管生成实验。体外细胞毒性实验、成骨实验结果表明PEEK-P-0.02组样品具备良好的生物相容性、最佳体外成骨性。抗菌实验表明,PDA和Mg2+的引入使得改性后样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌皆表现抗菌作用,我们所制备的样品在体外抗菌实验中表现优异。体外血管生成实验表明,PEEK-PDA样品表面血管生成量较PEEK样品表面明显增加,PEEK-P-0.02样品表面血管生成量较PEEK-PDA样品表面进一步增加。综上研究表明,我们所改性的聚醚醚酮具备优异的生物相容性、体外成骨、体外血管生成、体外抗菌等性能,有望成为应对骨组织损伤的一种新型人体骨植入材料。在本论文第二个研究中,我们从聚酰胺酸的合成出发,通过掺杂不同含量(0、2.5%、5%、7.5%)聚醚醚酮粉末,制备得到四组PEEK/PI气凝胶,对其命名为ODA-0、ODA-25、ODA-50、ODA-75。对上述四组样品进行弹性模量、多孔结构分析、SEM、FT-IR等一系列表征,结果表明,ODA-75样品弹性模量较ODA-0样品升高两倍,多孔结构分析证明ODA-75、ODA-50、ODA-25样品孔径较ODA-0降低约两倍,FT-IR证明ODA-25、ODA-50、ODA-75样品中PEEK存在稳定。此外,我们在ODA-0、ODA-25、ODA-50、ODA-75样品表面进行细胞毒性、生物相容性、ARS、SBF模拟体液浸泡实验等体外生物学检测。实验结果表明,PEEK的加入使得改性气凝胶孔隙度变小,易于细胞贴附,生物相容性改善显著。ARS和SBF模拟体液浸泡实验表明,PEEK的加入使得改性后样品体外成骨性能上升。综上研究表明,我们所制备的这种PEEK改性PI气凝胶弹性模量上升显著,表面孔洞孔隙可至nm级,且经改性后样品具备良好的生物相容性,体外成骨性能,这表明我们所制备的PEEK改性PI气凝胶是一种具有高弹性模量、低密度、生物相容性良好、成骨优异的潜在人工骨材料。
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