聚醚醚酮（PEEK）由于其優(yōu)異的力學性能,被認為是最有前景的骨科內(nèi)植物之一。但是其生物相容性及骨整合性較差,限制其在臨床的廣泛使用。雖然前期有研究證明了通過磺化技術可以在PEEK表面制備多孔結構,一定程度提高PEEK的生物相容性,但其成骨活性改善卻不明顯。因此,本研究擬在表面多孔PEEK上通過磁控濺射技術添加促成骨及免疫調(diào)節(jié)的鋅元素,從而同時從直接成骨及免疫成骨兩個方面提高PEEK的成骨活性,并且研究鋅元素在免疫成骨方面的效應。我們使用磺化技術聯(lián)合磁控濺射制備摻鋅表面多孔PEEK（Zn-SPEEK）。材料表征檢測方面,我們利用掃描電鏡及能譜儀檢測Zn-SPEEK表面形貌及元素分布情況;原子力學顯微鏡檢測材料表面3D形貌;X射線衍射儀檢測鋅元素的價態(tài)。使用細胞電鏡,增殖實驗以及流式細胞儀檢測材料的生物相容性。體外免疫調(diào)節(jié)方面檢測,我們首先通過RNA-seq技術掌握巨噬細胞在材料表面基因表達情況,之后通過免疫熒光,ELISA及流式細胞技術等分析巨噬細胞亞型。通過堿性磷酸酶及茜素紅染色,免疫熒光及RT-PCR技術檢測Zn-SPEEK的免疫成骨能力,最后分別通過氣囊模型及體內(nèi)骨缺損模型來驗摻鋅... 

【文章來源】：上海交通大學上海市211工程院校985工程院校教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

PEEK的分子式Fig.1StructuralformulaofPEEK

3留PEEK材料固有的力學優(yōu)勢，又要提高其材料的生物活性，表面改性是一種比較理想的選擇。當前的理念認為要使骨科內(nèi)植入物達到長期有效的固定穩(wěn)定需要對生物材料進行表面改性，盡可能的提高材料的生物相容性及成骨活性。而單純的引入活性成分而忽略材料表面的結構則難以達到此目的。眾所周知，干細胞或成骨細胞在材料表面的粘附是骨組織長入或長上的第一步，光滑的材料不利于細胞的穩(wěn)定粘附，而粗糙且有三維孔隙的表面結構有利于營養(yǎng)物質(zhì)的交換、細胞的粘附、增殖甚至分化。而PEEK材料是一種高分子的不導電材料，其化學性質(zhì)穩(wěn)定，相比金屬材料許多同時改善假體表面形貌并引入成骨元素的表面改性方法諸如微弧氧化，陽極氧化等難以在PEEK材料上實現(xiàn)。當前報道的表面改性方法如等離子體注入、噴涂、硅烷化、酸蝕等只能單方面的改性PEEK的表面結構或者引入活性元素，難以通過單一的表面改性方法獲得改善表面結構和引入活性成分的雙贏結果[7]。因此，就當前研究的基礎上要在改善PEEK的表面結構同時引入活性成分，必須要聯(lián)合兩種表面改性的方法才能達到。本人所在課題組，前期通過不斷探索和研究，已經(jīng)能成功將PEEK同98%濃硫酸反應制備具有表面三維多孔的磺化PEEK材料，經(jīng)過體內(nèi)及體外實驗驗證了其良好的生物相容性。其表面結構對比如下圖。圖2（a）PEEK的掃描電鏡形貌.。(b)磺化PEEK的三維多孔掃描電鏡形貌[8]。Fig.2(a)SEMimageofPEEK’sSurfacemorphology(b)SEMimageofSPEEK’sSurfacemorphology[8].然而對PEEK進行磺化處理只是賦予其表面3D的多孔結構，進一步將促成骨成分引入磺化PEEK表面才能同時達到三維結構和活性成分的結合。作為不導電的高分子物質(zhì)，PEEK的涂層或者促成骨元素的引入要比金屬材料困難，目前

4報道的表面改性方法形成的涂層或者添加的元素多結合不穩(wěn)定且釋放時間難持久。尋找一種有效的表面改性手段對PEEK進行促成骨修飾勢在必行。磁控濺射技術是一種利用電場將氬氣電離，之后電離的離子轟擊陰極的靶材，使靶材發(fā)生濺射，濺射的粒子在磁場的控制下可以沉積在基片表面的技術（圖3），屬于物理氣相沉積的一種，該技術廣泛應用于半導體，光電材料等領域[9]。磁控濺射技術可以通過變化不同的靶材將不同元素或者化合物穩(wěn)定地“濺射”到材料的表面，并且通過控制濺射的電壓、時間等調(diào)節(jié)濺射物質(zhì)的含量。本課題組前期通過對純鈦進行磁控濺射添加MgF2及ZnO涂層[6,10]，結果發(fā)現(xiàn)磁控濺射可以均勻地將元素或化合物添加到材料表面，并且有著穩(wěn)定的離子釋放，所改性的材料有著良好的生物相容性、抗菌性能及一定的免疫調(diào)節(jié)能力。證實了磁控濺射對生物材料進行改性的可行性。圖3磁控濺射添加ZnO示意圖[6]。Fig.3IllustrationofdopingZnOontitaniumbymagnetronsputtering[6].

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Zn and Ag Co-doped Anti-microbial TiO2 Coatings on Ti by Micro-arc Oxidation[J]. Lan Zhang,Qin Gao,Yong Han.  Journal of Materials Science & Technology. 2016(09)



本文編號：3615536