摘要
聚醚醚酮（Polyetheretherketone，PEEK）是一种半结晶不可降解的热塑性聚合物，因具有良好的生物相容性、优异的力学性能和耐腐蚀性等优点在骨修复领域得到了广泛应用。然而，PEEK的生物惰性和内植物相关感染会给患者带来严重的并发症甚至导致手术失败。因此，提高PEEK的骨整合能力和抗菌能力成为该领域的研究热点。研究表明，孔隙率高和孔隙连通度好的骨修复材料有利于细胞的粘附、营养物质的交换和骨骼的愈合，但目前关于多孔PEEK的研究较少且难以实现孔隙率、孔隙连通度和力学性能同时满足骨修复材料的要求。针对以上问题，在本研究中设计了一种具有较高强度的多孔PEEK材料，利用其互相连通的多孔结构进行功能化设计，以此改善多孔PEEK的骨整合能力、抗菌能力和药物缓释能力。具体研究内容如下： 首先，通过逐步聚合和热致相分离技术，制备了具有不同密度的多孔PEEK材料（PO-PEEK）。PO-PEEK具有互相连通的多孔结构，通过改变密度可以对分子量、孔隙率和力学性能进行调控。孔隙率变化范围在30%~90%之间，孔径的尺寸随着密度的变化呈现出不同的分布，并且材料的多孔结构不会影响其耐溶剂性。材料的力学性能受密度的影响，密度越大，力学性能越高，但较大的密度不利于聚醚醚酮分子量的增加。材料的最大压缩强度和压缩模量分别达到50MPa和0.92GPa，符合骨修复材料对力学性能的要求。 为了进一步改善PO-PEEK的骨整合能力，通过水热合成法制备了负载羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）的多孔PEEK材料（PO-PEEK/HA），解决了PEEK生物活性低、成骨诱导能力差的问题。体外成骨细胞分化实验表明PO-PEEK/HA能够有效地提高细胞内碱性磷酸酶和钙结节的含量，并促进细胞内成骨分化基因的表达。大鼠颅骨临界骨缺损实验证明PO-PEEK/HA能够快速地促进骨的生长，表现出最佳的骨整合能力。与无孔的注塑PEEK（IM-PEEK）相比，PO-PEEK的多孔结构也能够在一定程度上改善PEEK的骨整合能力。该工作不仅可以有效治疗临界骨缺损，同时为改善PEEK的生物活性提供了一种有效的研究方法。 针对内植物感染问题，通过真空浸渍法和水热合成法制备了负载纳米银的多孔PEEK抗菌材料（PO-PEEK/nAg）。与纳米银涂层PEEK材料（Coat-PEEK/nAg）相比，PO-PEEK/nAg不会因为外力摩擦使材料表面的纳米银涂层消失，克服了金属类抗菌涂层因与基材表面结合力弱，涂层易脱落的缺点。体外抗菌实验表明PO-PEEK/nAg对金葡菌和大肠杆菌的抗菌率可以达到96.8%和94.4%。大鼠皮下感染实验表明PO-PEEK/nAg可以显著地减少炎症细胞的数量。该工作为骨植入抗菌聚醚醚酮的开发提供了一种新的思路。 虽然PO-PEEK/nAg表现出良好的抗菌能力，但在抗菌初期阶段，PEEK的疏水性会导致纳米银抗菌能力略显不足。因此，在本章中引入药物缓释水凝胶来提高材料的抗菌效率。首先制备出具有药物缓释功能的温度敏感水凝胶（PLGA-PEG-PLGA），利用其低温下具有良好流动性的特点，将负载万古霉素的温度敏感水凝胶填充进PO-PEEK内部，制备出具有药物缓释功能的多孔PEEK材料（PO-PEEK/VGel），实现了药物缓释与骨修复材料相结合的目的。PO-PEEK/VGel在药物释放初期有明显的突释现象，在十天内药物释放量达到70%。抗菌实验证明PO-PEEK/VGel对耐甲氧西林金黄葡萄球菌（MRSA）的抗菌率达到99.7%，并且可以有效治疗因MRSA导致的大鼠皮下化脓性感染。该工作为聚醚醚酮的功能化应用提供了一种新的策略。 综上所述，本文制备了一种具有较高强度的多孔PEEK材料，并利用其多孔结构进行功能化设计，提高了多孔PEEK的骨整合能力、抗菌能力和药物缓释能力，为PEEK作为骨修复材料的应用提供了基础性实验依据和新的策略。
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