摘要
聚醚醚酮(Polyetheretherketone,PEEK)由于具有与人体骨骼相似的弹性模量和良好的生物相容性受到越来越多来自骨科领域的广泛关注。3D打印在骨组织工程中的发展和应用大大方便了具有仿生多孔结构的PEEK骨植入支架的制造。这种仿生多孔结构的PEEK支架在植入后有利于血管生长、营养物质运输和骨骼长入，从而增强支架的骨整合能力，减少植入物松动的风险。但是仿生多孔结构的PEEK支架自身的生物惰性仍未改善，植入后仍面临骨整合能力差和细菌感染的风险。因此需要对3D打印多孔结构PEEK支架进行进一步的表面改性以改善其成骨和抗菌性能。开发一种针对多孔PEEK支架的稳定、可靠的表面改性方法以赋予多孔PEEK支架优异的成骨和抗菌性能对PEEK的临床应用有重要意义。本文的具体研究内容如下: (1)3D打印多孔PEEK支架的成骨改性:由于3D打印多孔PEEK支架的复杂结构，使传统的视线性的表面改性方法难以起到理想的效果。本研究受传统砂型铸造过程的启发，将45S5生物玻璃(45S5bioactiveglasses,BG)填充于PEEK支架中，并使用铝箔使支架与BG接触紧密，通过一步热处理，成功在PEEK支架表面制备了均匀的BG涂层。由于铝箔限制BG的支撑作用，PEEK支架的多孔结构在热处理过程中被完好得保留了下来。本研究通过研究加热时间对PEEK支架的弹性模量、涂层形貌以及亲水性的影响，确定了最佳的热处理工艺参数。通过体外矿化能力测试，评估了改性后的PEEK/BG支架的生物活性。通过将MC3T3-E1细胞与支架共培养后进行细胞活性测试、碱性磷酸酶水平测试及成骨相关基因表达水平测试，研究了支架的生物相容性及成骨性能。 (2)3D打印多孔PEEK支架的成骨-抗菌改性:基于3D打印多孔PEEK支架的成骨改性，本研究利用多巴胺在碱性条件下的自聚合反应，在PEEK/BG表面制备聚多巴胺涂层，利用聚多巴胺涂层的粘附能力吸附负载有环丙沙星的明胶纳米微球，构建抗菌功能平台，最终获得了具有优异成骨-抗菌性能的多功能PEEK支架。本研究通过对改性后的PEEK的表面形貌观察、亲水性测试，对涂层表面性能进行了表征。体外矿化能力测试用于评价改性后的PEEK支架的生物活性。药物释放测试探究表面改性后的支架的药物缓释能力。通过调整药物浓度制备了具有不同药物负载量的支架，将支架与大肠杆菌和金黄色葡萄球菌共培养，筛选得到具有最佳的载药量的支架，使支架具有理想的抗菌性能。将MC3T3-E1细胞与支架共培养，通过对细胞活性测试、活死细胞染色、碱性磷酸酶水平测试以及成骨相关基因表达水平测试，用以研究表面改性后的支架的生物相容性和成骨性能。 本研究通过仿砂型铸造法和多巴胺自聚合反应在3D打印多孔结构的PEEK支架表面先后制备了均匀的BG涂层和药物缓释涂层，实现了针对多孔PEEK支架的表面成骨-抗菌性能改性，为PEEK在临床应用中面临的骨整合能力不足和植入部位感染的问题提供了一种新的解决方案。
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