聚醚醚酮（PEEK）由于其優(yōu)異的力學(xué)性能,被認(rèn)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(shù)可以在PEEK表面制備多孔結(jié)構(gòu),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(shù)添加促成骨及免疫調(diào)節(jié)的鋅元素,從而同時(shí)從直接成骨及免疫成骨兩個(gè)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(yīng)。我們使用磺化技術(shù)聯(lián)合磁控濺射制備摻鋅表面多孔PEEK（Zn-SPEEK）。材料表征檢測(cè)方面,我們利用掃描電鏡及能譜儀檢測(cè)Zn-SPEEK表面形貌及元素分布情況;原子力學(xué)顯微鏡檢測(cè)材料表面3D形貌;X射線衍射儀檢測(cè)鋅元素的價(jià)態(tài)。使用細(xì)胞電鏡,增殖實(shí)驗(yàn)以及流式細(xì)胞儀檢測(cè)材料的生物相容性。體外免疫調(diào)節(jié)方面檢測(cè),我們首先通過RNA-seq技術(shù)掌握巨噬細(xì)胞在材料表面基因表達(dá)情況,之后通過免疫熒光,ELISA及流式細(xì)胞技術(shù)等分析巨噬細(xì)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(shù)檢測(cè)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(yàn)摻鋅... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：110 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

PEEK的分子式Fig.1StructuralformulaofPEEK

3留PEEK材料固有的力學(xué)優(yōu)勢(shì)，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(dāng)前的理念認(rèn)為要使骨科內(nèi)植入物達(dá)到長期有效的固定穩(wěn)定需要對(duì)生物材料進(jìn)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(jié)構(gòu)則難以達(dá)到此目的。眾所周知，干細(xì)胞或成骨細(xì)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(xì)胞的穩(wěn)定粘附，而粗糙且有三維孔隙的表面結(jié)構(gòu)有利于營養(yǎng)物質(zhì)的交換、細(xì)胞的粘附、增殖甚至分化。而PEEK材料是一種高分子的不導(dǎo)電材料，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，相比金屬材料許多同時(shí)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(shí)現(xiàn)。當(dāng)前報(bào)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和引入活性成分的雙贏結(jié)果[7]。因此，就當(dāng)前研究的基礎(chǔ)上要在改善PEEK的表面結(jié)構(gòu)同時(shí)引入活性成分，必須要聯(lián)合兩種表面改性的方法才能達(dá)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(yīng)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其良好的生物相容性。其表面結(jié)構(gòu)對(duì)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(duì)PEEK進(jìn)行磺化處理只是賦予其表面3D的多孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步將促成骨成分引入磺化PEEK表面才能同時(shí)達(dá)到三維結(jié)構(gòu)和活性成分的結(jié)合。作為不導(dǎo)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(bào)道的表面改性方法形成的涂層或者添加的元素多結(jié)合不穩(wěn)定且釋放時(shí)間難持久。尋找一種有效的表面改性手段對(duì)PEEK進(jìn)行促成骨修飾勢(shì)在必行。磁控濺射技術(shù)是一種利用電場(chǎng)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(chǎng)的控制下可以沉積在基片表面的技術(shù)（圖3），屬于物理氣相沉積的一種，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體，光電材料等領(lǐng)域[9]。磁控濺射技術(shù)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(shí)間等調(diào)節(jié)濺射物質(zhì)的含量。本課題組前期通過對(duì)純鈦進(jìn)行磁控濺射添加MgF2及ZnO涂層[6,10]，結(jié)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(shí)了磁控濺射對(duì)生物材料進(jìn)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(xiàn)】：
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(hào)：3615536