表面含功能性金属涂层的PEEK骨科植入材料的制备及生物学表征

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聚醚醚酮(Poly(ether ether ketone), PEEK)是一种半结晶高性能的高分子材料,它具有良好的力学性能,优异的生物相容性和化学稳定性,同时又可以耐受高压蒸汽灭菌和辐照消毒处理;另外,由于PEEK的弹性模量接近于天然骨,因而不易产生应力遮蔽效应,有利于材料与骨组织的结合,能够更好地促进骨整合,因此PEEK材料可以作为植入材料广泛的应用于临床。目前在医用领域,PEEK主要用来制备椎间融合器并应用于椎间融合术中。然而,PEEK是生物惰性材料,这在一定程度上限制了其在医用领域的应用,故而提高其表面生物活性,是目前扩展PEEK材料在医用领域最有效的手段。大量的研究证实,纳米银能够与细菌的膜蛋白结合,抑制细菌的增殖,具有优异的抗菌活性。同时也有研究表明,镁与镁合金具有优良的骨传导性,同时镁离子能够促进成骨细胞的增殖。本论文从两个方面展开,通过简便的方法,分别在PEEK表面制备载银涂层以及载镁涂层,进而探究两种涂层材料的抗菌性及成骨特性。  在第一部分的研究中,我们利用多巴胺在弱碱性条件下自聚合形成的聚多巴胺能够贴附在PEEK材料的表面,并利用聚多巴胺中邻苯二酚的结构的弱还原性,将银氨离子还原为纳米银单质,沉积在PEEK表面。对载银PEEK进行一系列材料学表征,证实在PEEK表面均匀的沉积着粒径约为65 nm的纳米银颗粒。分别用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌探究载银的PEEK材料在体内体外的抗菌性能,结果显示载银的PEEK能够有效地抑制细菌在材料表面的贴附与增殖,展现了优异的抗菌活性。另外体内体外的生物活性检测结果显示载银的PEEK无显著的生物学毒性,且能够与骨组织很好的结合。  本文第二部分的研究采用真空蒸镀法在PEEK表面蒸镀金属镁涂层,接着在其表面均匀涂覆一层聚氨酯(PU)涂层,制得经PU保护的表面具有含镁涂层的PEEK材料(PEEK-Mg-PU)。对PEEK-Mg-PU样品进行材料学表征,结果显示在PEEK表面均匀的蒸镀了一层厚度约为30μm的Mg金属层,同时含有厚度约为25μm的聚氨酯涂层。生物学实验结果显示 PEEK-Mg-PU可以促进成骨细胞的增殖与生长,同时具有优异的抗菌活性。
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