掺锌表面多孔聚醚醚酮（PEEK）的制备及其免疫成骨研究
发布时间：2022-02-08 18:24
聚醚醚酮（PEEK）由于其优异的力学性能,被认为是最有前景的骨科内植物之一。但是其生物相容性及骨整合性较差,限制其在临床的广泛使用。虽然前期有研究证明了通过磺化技术可以在PEEK表面制备多孔结构,一定程度提高PEEK的生物相容性,但其成骨活性改善却不明显。因此,本研究拟在表面多孔PEEK上通过磁控溅射技术添加促成骨及免疫调节的锌元素,从而同时从直接成骨及免疫成骨两个方面提高PEEK的成骨活性,并且研究锌元素在免疫成骨方面的效应。我们使用磺化技术联合磁控溅射制备掺锌表面多孔PEEK（Zn-SPEEK）。材料表征检测方面,我们利用扫描电镜及能谱仪检测Zn-SPEEK表面形貌及元素分布情况;原子力学显微镜检测材料表面3D形貌;X射线衍射仪检测锌元素的价态。使用细胞电镜,增殖实验以及流式细胞仪检测材料的生物相容性。体外免疫调节方面检测,我们首先通过RNA-seq技术掌握巨噬细胞在材料表面基因表达情况,之后通过免疫荧光,ELISA及流式细胞技术等分析巨噬细胞亚型。通过碱性磷酸酶及茜素红染色,免疫荧光及RT-PCR技术检测Zn-SPEEK的免疫成骨能力,最后分别通过气囊模型及体内骨缺损模型来验掺锌...
【文章来源】：上海交通大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PEEK的分子式Fig.1StructuralformulaofPEEK
3留PEEK材料固有的力学优势，又要提高其材料的生物活性，表面改性是一种比较理想的选择。当前的理念认为要使骨科内植入物达到长期有效的固定稳定需要对生物材料进行表面改性，尽可能的提高材料的生物相容性及成骨活性。而单纯的引入活性成分而忽略材料表面的结构则难以达到此目的。众所周知，干细胞或成骨细胞在材料表面的粘附是骨组织长入或长上的第一步，光滑的材料不利于细胞的稳定粘附，而粗糙且有三维孔隙的表面结构有利于营养物质的交换、细胞的粘附、增殖甚至分化。而PEEK材料是一种高分子的不导电材料，其化学性质稳定，相比金属材料许多同时改善假体表面形貌并引入成骨元素的表面改性方法诸如微弧氧化，阳极氧化等难以在PEEK材料上实现。当前报道的表面改性方法如等离子体注入、喷涂、硅烷化、酸蚀等只能单方面的改性PEEK的表面结构或者引入活性元素，难以通过单一的表面改性方法获得改善表面结构和引入活性成分的双赢结果[7]。因此，就当前研究的基础上要在改善PEEK的表面结构同时引入活性成分，必须要联合两种表面改性的方法才能达到。本人所在课题组，前期通过不断探索和研究，已经能成功将PEEK同98%浓硫酸反应制备具有表面三维多孔的磺化PEEK材料，经过体内及体外实验验证了其良好的生物相容性。其表面结构对比如下图。图2（a）PEEK的扫描电镜形貌.。(b)磺化PEEK的三维多孔扫描电镜形貌[8]。Fig.2(a)SEMimageofPEEK’sSurfacemorphology(b)SEMimageofSPEEK’sSurfacemorphology[8].然而对PEEK进行磺化处理只是赋予其表面3D的多孔结构，进一步将促成骨成分引入磺化PEEK表面才能同时达到三维结构和活性成分的结合。作为不导电的高分子物质，PEEK的涂层或者促成骨元素的引入要比金属材料困难，目前
4报道的表面改性方法形成的涂层或者添加的元素多结合不稳定且释放时间难持久。寻找一种有效的表面改性手段对PEEK进行促成骨修饰势在必行。磁控溅射技术是一种利用电场将氩气电离，之后电离的离子轰击阴极的靶材，使靶材发生溅射，溅射的粒子在磁场的控制下可以沉积在基片表面的技术（图3），属于物理气相沉积的一种，该技术广泛应用于半导体，光电材料等领域[9]。磁控溅射技术可以通过变化不同的靶材将不同元素或者化合物稳定地“溅射”到材料的表面，并且通过控制溅射的电压、时间等调节溅射物质的含量。本课题组前期通过对纯钛进行磁控溅射添加MgF2及ZnO涂层[6,10]，结果发现磁控溅射可以均匀地将元素或化合物添加到材料表面，并且有着稳定的离子释放，所改性的材料有着良好的生物相容性、抗菌性能及一定的免疫调节能力。证实了磁控溅射对生物材料进行改性的可行性。图3磁控溅射添加ZnO示意图[6]。Fig.3IllustrationofdopingZnOontitaniumbymagnetronsputtering[6].
【参考文献】：
期刊论文
[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)
本文编号：3615536
【文章来源】：上海交通大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PEEK的分子式Fig.1StructuralformulaofPEEK
3留PEEK材料固有的力学优势，又要提高其材料的生物活性，表面改性是一种比较理想的选择。当前的理念认为要使骨科内植入物达到长期有效的固定稳定需要对生物材料进行表面改性，尽可能的提高材料的生物相容性及成骨活性。而单纯的引入活性成分而忽略材料表面的结构则难以达到此目的。众所周知，干细胞或成骨细胞在材料表面的粘附是骨组织长入或长上的第一步，光滑的材料不利于细胞的稳定粘附，而粗糙且有三维孔隙的表面结构有利于营养物质的交换、细胞的粘附、增殖甚至分化。而PEEK材料是一种高分子的不导电材料，其化学性质稳定，相比金属材料许多同时改善假体表面形貌并引入成骨元素的表面改性方法诸如微弧氧化，阳极氧化等难以在PEEK材料上实现。当前报道的表面改性方法如等离子体注入、喷涂、硅烷化、酸蚀等只能单方面的改性PEEK的表面结构或者引入活性元素，难以通过单一的表面改性方法获得改善表面结构和引入活性成分的双赢结果[7]。因此，就当前研究的基础上要在改善PEEK的表面结构同时引入活性成分，必须要联合两种表面改性的方法才能达到。本人所在课题组，前期通过不断探索和研究，已经能成功将PEEK同98%浓硫酸反应制备具有表面三维多孔的磺化PEEK材料，经过体内及体外实验验证了其良好的生物相容性。其表面结构对比如下图。图2（a）PEEK的扫描电镜形貌.。(b)磺化PEEK的三维多孔扫描电镜形貌[8]。Fig.2(a)SEMimageofPEEK’sSurfacemorphology(b)SEMimageofSPEEK’sSurfacemorphology[8].然而对PEEK进行磺化处理只是赋予其表面3D的多孔结构，进一步将促成骨成分引入磺化PEEK表面才能同时达到三维结构和活性成分的结合。作为不导电的高分子物质，PEEK的涂层或者促成骨元素的引入要比金属材料困难，目前
4报道的表面改性方法形成的涂层或者添加的元素多结合不稳定且释放时间难持久。寻找一种有效的表面改性手段对PEEK进行促成骨修饰势在必行。磁控溅射技术是一种利用电场将氩气电离，之后电离的离子轰击阴极的靶材，使靶材发生溅射，溅射的粒子在磁场的控制下可以沉积在基片表面的技术（图3），属于物理气相沉积的一种，该技术广泛应用于半导体，光电材料等领域[9]。磁控溅射技术可以通过变化不同的靶材将不同元素或者化合物稳定地“溅射”到材料的表面，并且通过控制溅射的电压、时间等调节溅射物质的含量。本课题组前期通过对纯钛进行磁控溅射添加MgF2及ZnO涂层[6,10]，结果发现磁控溅射可以均匀地将元素或化合物添加到材料表面，并且有着稳定的离子释放，所改性的材料有着良好的生物相容性、抗菌性能及一定的免疫调节能力。证实了磁控溅射对生物材料进行改性的可行性。图3磁控溅射添加ZnO示意图[6]。Fig.3IllustrationofdopingZnOontitaniumbymagnetronsputtering[6].
【参考文献】：
期刊论文
[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)
本文编号：3615536
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/waikelunwen/3615536.html
最近更新
教材专著
