硬组织植入聚醚醚酮表面生物活性改性研究

合集下载

高生物活性聚醚醚酮化学改性研究进展

高生物活性聚醚醚酮化学改性研究进展

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 8 期高生物活性聚醚醚酮化学改性研究进展陈俊俊1,2,费昌恩1,段金汤1,2,顾雪萍1,2,冯连芳1,2,张才亮1,2(1 化学工程联合国家重点实验室,浙江大学化学工程与生物工程学院,浙江 杭州 310027;2浙江大学衢州研究院,浙江 衢州 324000)摘要:由于聚醚醚酮(PEEK )表面疏水及生物惰性,用作骨科材料难以与周围细胞、骨组织结合。

通过化学改性在PEEK 分子链中引入具有生物活性的功能化基团是提高其表面细胞黏附、增殖和成骨分化能力最有效的方式。

基于功能化基团引入位置的不同,本文将PEEK 化学改性分为苯环位改性、酮基位改性和共聚改性等三种,并且重点综述了这些不同化学改性方法的原理和特性及其对PEEK 材料生物活性的影响。

苯环位改性主要是通过强酸处理引入羧基等官能团,但会残留含硫或含硝化合物,对细胞有一定的毒害作用;酮基位改性是通过胺类、硼氢化钠等试剂与酮基反应,进一步接枝引入功能化基团,但是会破坏PEEK 主链上的醚酮比,影响物理性能和热性能。

通过亲电、亲核及卤代改性等共聚方式在PEEK 侧链引入功能化基团,能保持聚合物主链醚酮比基本不变,同时提升材料生物活性,具有良好的应用前景。

在化学改性的基础上,研究多种功能基团的协同作用,进一步引入物理改性,优化面向不同场景的综合性能,是拓宽其在医疗领域应用的发展趋势。

关键词:聚醚醚酮;化学改性;共聚改性;功能化改性;生物活性中图分类号:TQ316.33 文献标志码:A 文章编号:1000-6613(2023)08-4015-14Research progress on chemical modification of polyether etherketone for the high bioactivityCHEN Junjun 1,2,FEI Chang’en 1,DUAN Jintang 1,2,GU Xueping 1,2,FENG Lianfang 1,2,ZHANG Cailiang 1,2(1 State Key Laboratory of Chemical Engineering, College of Chemical and Biological Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang, China; 2 Institute of Zhejiang University-Quzhou, Quzhou 324000, Zhejiang, China)Abstract: Because of its hydrophobicity and biological inertness, polyether ether ketone (PEEK) used as an orthopedic material is difficult to bond with surrounding cells and bone tissues. It is the most effective method to improve cell adhesion, proliferation and osteogenic differentiation on the surface of PEEK materials by introducing biologically active groups into the molecular chain of PEEK. Based on the different introduction positions of functional groups, the chemical modification of PEEK is classified into three types: benzene cyclic modification, ketone modification and copolymerization modification. The principles and characteristics of these different chemical modification methods and their impact on the biological activity of PEEK materials are emphatically reviewed. The benzene cyclic modification mainly involved the introduction of functional groups such as carboxyl groups through strong acid treatment,综述与专论DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0500收稿日期:2023-03-31;修改稿日期:2023-05-27。

聚醚醚酮改性研究进展

聚醚醚酮改性研究进展
P oly( ether ether keto ne) as a new thermo plast ic w ith hig h perfo rmance has been widely used in many en
g ineering fields. T o impro ve the processing pro per ties and mechanical and thermal pr operties and tr ibo lo gical perfo rmance of the composites by var ious means benefit reducing its cost and farther developing its application. Enhancement o f PEEK by adding co ntinuous fibre and shor t fibre, par ticle f illers, surface modificat ion and blend w ith polymer s w ere r eview ed.
1
纤维增强 PEEK
玻璃纤维、 碳纤维和各种晶须与 PEEK 有很好 的亲和性 ,
可作为填料增强 PEEK 制 成高 性能 的复 合材 料 , 提高 P EEK 树脂的使用温度、 模量、 强度、 尺寸稳定性等。
1. 1
连续纤维增强 PEEK
上世纪 80 年代 , 英国的 ICI 公司成功 研制了 连续纤 维增 强的 PEEK 树脂基复合材料并投放市场 , 很快就在 航空、 航天 等高技术 领域 得 到应 用。 PEEK 具 有 非常 出 色 的耐 溶 剂 性 能 , 在常温下几乎不溶于所有有 机溶剂 , 因此无法 采用溶 液预 浸的方法制造连续 纤维复 合材 料 , 通常要 采用 熔融预 浸的 方 法。 由于碳纤维 ( CF) 与 P EEK 树脂的 相容性 比较好 , 可 以制 得粘结性很好 的复 合材 料。 T ew ar i U S [ 1] 表 征了 单向 碳 CF

210984047_聚醚醚酮骨植入体生物改性研究进展

210984047_聚醚醚酮骨植入体生物改性研究进展

第52卷第3期表面技术2023年3月SURFACE TECHNOLOGY·111·聚醚醚酮骨植入体生物改性研究进展马欢欢,仇文豪,黄浩,乔阳(济南大学 机械工程学院,济南 250002)摘要:聚醚醚酮是一种热塑性材料,凭其良好的生物相容性和X射线可透射性,被广泛用于生物医学领域。

而PEEK骨植入体与人体骨骼强度存在一定差距,与人体骨组织结合能力较差和抗菌性能等不足,使其在生物领域的应用受到了限制。

为了使PEEK更好地应用于人体骨植入领域,获得优异生物性能的PEEK骨植入体已成为研究的重点。

概述了PEEK的加工技术、力学性能、骨整合性能和抗菌性能的研究。

在此基础上,重点综述了近年来提高PEEK骨植入体力学性能与生物性能的各种改性方法的研究进展。

在力学性能方面,对PEEK常用的填充材料碳纤维进行了概述,由于PEEK与碳纤维界面结合强度影响其整体力学性能,重点介绍了提高其结合强度的改性方法。

在骨整合性能方面,对钛、二氧化钛和羟基磷灰石涂层材料及喷涂方法进行了概述,以及对等离子喷涂、喷砂、激光蚀刻和浓硫酸刻蚀表面处理方法的优缺点进行了分析。

在抗菌性能方面,银离子释放浓度过高时会导致细胞毒性,重点阐述了如何控制银离子释放速度的研究。

最后展望了PEEK骨植入体加工和改性的未来发展方向。

关键词:聚醚醚酮;骨植入体;力学性能;骨整合性能;抗菌性能中图分类号:TB34 文献标识码:A 文章编号:1001-3660(2023)03-0111-11DOI:10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.03.008Research Progress in Biological Modification ofPolyether-ether-ketone Bone ImplantsMA Huan-huan, QIU Wen-hao, HUANG Hao, QIAO Yang(School of Mechanical Engineering, University of Jinan, Jinan 250002, China)ABSTRACT: Polyether-ether-ketone (PEEK) is a thermoplastic material that is widely used in biomedical fields due to its good biocompatibility and X-ray transmittance. However, there is a certain gap between PEEK implants and human bone strength, and the poor binding ability to human bone tissue and the lack of antibacterial properties limit their application in the biological field. The osseointegration and antibacterial properties of implant materials are critical to the success of human therapy, repair and surgery. In order to make PEEK better used in the field of human bone implantation, obtaining PEEK bone implants with收稿日期:2021–12–31;修订日期:2022–06–07Received:2021-12-31;Revised:2022-06-07基金项目:山东省自然科学基金(ZR2019QEE032);山东省高等学校青创科技支持计划(2019KJB021);济南市高校自主培养创新团队项目(2019GXRC012)Fund:Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2019QEE032); Shandong Higher Education Youth Innovation and Technology Support Program (2019KJB021); the Independent Innovation Team Foundation of Jinan (2019GXRC012)作者简介:马欢欢(1991—),女,硕士研究生,主要研究方向为树脂材料切削加工及改性。

小分子表面活化改性PEEK骨植入物的研究进展

小分子表面活化改性PEEK骨植入物的研究进展

第49卷第5期2021年5月塑料工业CHINAPLASTICSINDUSTRY小分子表面活化改性PEEK骨植入物的研究进展∗孙会娟(衡水学院应用化学系ꎬ河北衡水053000)㊀㊀摘要:介绍了常见小分子ꎬ如酸类㊁胺类等改性聚醚醚酮(PEEK)材料用于骨植入物的研究ꎮ综述了近年利用小分子通过化学改性及复合改性的方式改善PEEK表面惰性的方法及用于骨修复材料的改性效果ꎮ最后对小分子改性PEEK需要注意的工艺问题及其临床应用提出展望ꎮ关键词:聚醚醚酮ꎻ化学改性ꎻ骨修复ꎻ抗菌中图分类号:TQ324 8㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1005-5770(2021)05-0029-04doi:10 3969/j issn 1005-5770 2021 05 004开放科学(资源服务)标识码(OSID):ProgressinPEEKBoneImplantsbySurfaceActivationModificationwithSmallMoleculesSUNHui ̄juan(DepartmentofAppliedChemistryꎬHengshuiUniversityꎬHengshui053000ꎬChina)Abstract:Theapplicationofcommonsmallmoleculesꎬsuchasꎬacidsꎬaminesandsoonꎬmodifiedpolyetheretherketone(PEEK)materialsinboneimplantswasintroduced.ThemethodsofimprovingthesurfaceinertnessofPEEKbychemicalandcompositemodificationofsmallmoleculesandthemodificationeffectofPEEKasbonerepairmaterialswerereviewed.Finallyꎬsomesuggestionsontheprocessandclinicalapplicationofsmallmoleculemodifiedpeekwereputforward.Keywords:PolyetherEtherKetoneꎻChemicalModificationꎻBoneRepairꎻAntibacterial在先天性疾病㊁意外事故或衰老等各种原因导致骨缺损时ꎬ可植入生物材料ꎬ如骨钉㊁骨板㊁脊柱笼㊁人工关节等ꎬ得到了广泛的临床应用[1-5]ꎬ尤其全球老龄化㊁病患年轻化程度的加剧ꎬ该材料的需求量也日益增加[6]ꎮPEEK为生物医学植入物提供了许多优越的性能ꎬ包括接近皮质骨的弹性模量㊁良好的耐化学性和灭菌性㊁优良的机械性能㊁无毒㊁自然透光等ꎬ成为植入生物材料的首选[7-10]ꎮ然而ꎬPEEK是一种生物惰性材料ꎬ缺乏生物活性表面ꎬ进而导致骨整合性较差ꎬ限制了其在骨植入等生物医学中的应用ꎮ为此ꎬ需要对PEEK进行表面改性ꎮ目前ꎬ有物理[11-12]㊁化学[13-14]㊁复合材料[15-16]等改性方式ꎮ物理改性存在基体与涂层结合力弱ꎬ容易分层剥离的风险ꎬ进而导致植入物过早失效ꎬ使用寿命短ꎬ病患需多次接受手术创伤ꎬ甚至引起其他严重疾病ꎻ复合材料改性通常需要解决添加材料与基体之间的相容性差而引起机械性能降低的问题ꎮ与此相比ꎬ化学改性可以在基体与改性分子之间建立稳固的化学键接ꎬ使两者结合为一体ꎬ且在一定程度上还可改善基体与体系中其他添加材料之间的相容性ꎮ本文对近年小分子酸类㊁胺类等用于PEEK骨植入物的表面化学改性研究进行了归纳和整理ꎮ1㊀磺化改性磺化改性是一种比较简单的活化PEEK表面的方法ꎮ磺化主要是利用浓硫酸对PEEK的腐蚀作用ꎬ在其表面产生磺酸基团(SO3H)ꎬ同时形成利于骨整合的多孔网络ꎮ该方法操作简单㊁不受光照影响ꎬ适用于几何形状复杂的生物医学植入物[17]ꎮ除单纯磺化改性外ꎬ磺化复合改性也多见研究应用ꎮ1 1㊀磺化改性PEEKBrum等[18]采用硫酸法对PEEK进行磺化处理ꎬ得到不同处理时间下的SPEEK-1(1h)和SPEEK-2(1 5h)ꎮSPEEK的失重曲线显示ꎬ100ħ时由于失水而发生质量损失ꎻ300~400ħ阶段的热降解归因于SO3H的去除ꎻ而500~600ħ段热的降解由PEEK链降解引起ꎮSPEEK-1的平均磺化度为59%ꎬSPEEK-2的平均磺化度为56%ꎮ经7d培养ꎬ与PEEK相比ꎬSPEEK-1上的L929成纤细胞代谢活性几乎无变化ꎬ而SPEEK-2上的细胞代谢活性显著增加了约20%ꎬ表明SPEEK对细胞没有杀伤作用ꎬ但SPEEK-2对细胞行为有干扰作用ꎮTomoglu等[19]以氯化钠和尿素粉末为造孔剂ꎬ通过烧结法制备高孔SPEEKꎮ磺化处理引入了亲水性的SO3H基团ꎬ水接触角增加ꎮ同时ꎬ磺化表面处理可诱导样品表面形成类骨磷灰石ꎮ其机理为:在模拟体液(SBF)中ꎬ中性SO3H基团分解成SO3-和H+ꎬ经质子转移后SPEEK表面带负电ꎬ带正电的Ca2+被结合到SPEEK表面ꎮ当Ca2+离子积累时ꎬ表面获得正电荷并吸引带负电荷的磷酸盐离子ꎬ从而形成由磷酸氢钙组成的亚稳相的水合前体团簇ꎬ并最终转变成92 ∗2018年河北省科技厅项目(18211235)作者简介:孙会娟ꎬ女ꎬ1985年生ꎬ讲师ꎬ硕士ꎬ研究方向高分子材料加工及应用ꎮshj6910@163 com塑㊀料㊀工㊀业2021年㊀㊀稳定的类骨磷灰石ꎬ提高了PEEK的体内生物活性ꎮ另外ꎬ由于压制过程中造孔剂颗粒被压碎ꎬSPEEK中氯化钠成型的孔径为180~190μmꎬ尿素成型孔径500μmꎬ均比实际颗粒尺寸小ꎮ孔隙率和孔径利于细胞迁移ꎬ增强了PEEK-骨间的机械联锁ꎬ促进了骨生长和体液传递ꎮ同时ꎬSPEEK的杨氏模量随孔隙率的增加㊁孔径的减小而降低ꎮ1 2㊀磺化涂覆复合改性PEEKYu等[20]采用抗炎性的阿司匹林(ASP)与成骨肽(BFP)复合修饰SPEEKꎮSPEEK ̄ASP之间通过π-π堆积作用结合ꎬBFP则接枝于涂覆在PEEK表面的多巴胺上ꎬ形成SPEEK ̄ASP ̄BFPꎮSPEEK呈现出三维多孔复合结构ꎬ该多孔微环境利于细胞和骨组织的生长ꎮASP对细胞成骨分化无不良影响ꎬ且可在磷酸盐缓冲液(PBS)中1~6d内持续释放ꎮ水接触角测试ꎬSPEEK为105ʎꎻSPEEK ̄ASP约68ʎꎬ归因于ASP中亲水性羧基ꎻ而SPEEK ̄ASP ̄BFP为27ʎꎬ原因是BFP修饰前加入的多巴胺含有大量的极性儿茶酚和胺基及BFP自身含有的氨基㊁羧基等均具亲水性ꎮ亲水性的改善ꎬ有利于细胞黏附ꎬ且具有良好的生物相容性ꎮ此外ꎬSO3H基团可赋予PEEK抗菌性能ꎬASP也具有良好的抗炎作用ꎬ且ASP㊁BFP的协同作用可进一步抑制炎症因子的表达ꎮHe等[21]以海藻酸钠(SA)-绿原酸(CGA)溶液为溶剂制备了富含活化羧基的SA(CGA)水凝胶修饰的SPEEK(SPEEK@SA(CGA))ꎮ并将BFP接枝于水凝胶表面(SPEEK@SA(CGA)@BFP)ꎮ研究发现ꎬSA主要分布在SPEEK的微孔中ꎬ添加CGA不会改变样品的表面特性ꎬ但接枝BFP后表面产生凸起ꎮ接触角数据ꎬSPEEK为67 75ʎꎻSPEEK@SA为23 33ʎꎬ是由于羧基在SA水凝胶中的积极作用ꎻSPEEK@SA(CGA)和SPEEK@SA(CGA)@BFP分别为30 5ʎ和28 08ʎꎬ表明CGA和BFP对材料表面的亲水性无进一步改善ꎬ但与SPEEK相比ꎬ亲水性仍较好ꎬ利于细胞黏附ꎮBFP对细胞增殖有良好的促进作用ꎬ且矿化结节较密集ꎬ即成骨效率高ꎮ在PBS液中ꎬ随着SA的降解ꎬCGA在1~8d内持续释放出具有抑菌和杀菌作用的药物ꎬ使SPEEK@SA(CGA)@BFP对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均有抗菌活性ꎮ1 3㊀磺化接枝复合改性PEEK图1㊀PVA/AA ̄g ̄SPEEK的制备Fig1㊀SchematicofthesynthesisofPVA/AA ̄g ̄SPEEKZhao等[22]模拟关节软骨和软骨下骨结构ꎬ将PEEK磺化㊁接枝聚合㊁PVA冻融相结合ꎬ在SPEEK上接枝一层厚度仅为40μm㊁与丙烯酸(AA)复合的聚乙烯醇(PVA)水凝胶层ꎬ制备了新型 软表面硬基 的承载组合PVA/AA ̄g ̄SPEEK(图1)ꎮ虽然SPEEK表面引入了亲水性的SO3H基团ꎬ但其表面多孔结构的凹坑中滞留的空气会导致更高的水接触角ꎬ结果SPEEK(103ʎ)变得比PEEK(90ʎ)更具疏水性ꎮ而后期PVA/AA的加入ꎬ使PVA/AA ̄g ̄SPEEK的水接触角低至7ʎ左右ꎬ且摩擦系数在滑动速度为25mm/s时达到最低ꎬ约为0 021ꎮPVA/AA ̄g ̄SPEEK的显著减摩性能可以解释为:PVA水凝胶具有多孔㊁非均匀结构ꎬ并且在水润滑条件下具有较低的摩擦系数ꎬ摩擦机制遵循边界和双相润滑机制ꎮ此外ꎬ在PVA/AA ̄g ̄SPEEK的软/硬组合中ꎬSPEEK表面的孔隙可以作为水凝胶的储层ꎬ保留的水凝胶在表面层被剪断后能够释放出来ꎬ得以再生ꎮ2㊀胺化改性乙二胺(EDA)是一种末端带有两个氨基的脂肪族二胺ꎮ胺化反应是EDA的氨基与PEEK中的酮羰基之间发生的席夫碱反应ꎮ席夫碱可见于抗肿瘤㊁抗菌㊁抗真菌等多种生物应用中[23]ꎮBai等[24]将SPEEK与氯化亚砜反应ꎬ得到芳砜酰氯ꎬ并继续与EDA反应ꎬ对PEEK进行胺化改性(SPEEK ̄EDA)ꎮPEEK㊁SPEEK和SPEEK ̄EDA的水接触角分别为83 41ʎʃ0 84ʎ㊁79 67ʎʃ1 20ʎ㊁44 97ʎʃ1 44ʎꎬ表明磺化处理并没有显著改善PEEK的润湿性ꎬ但经EDA改性后的润湿性增加为细胞的良好黏附创造了条件ꎮ此外ꎬ还证实了SPEEK ̄EDA无细胞毒性ꎬ具有良好的细胞相容性和生物相容性ꎮDing等[25]研究了不同体积比的混合酸(硝酸ʒ浓硫酸=1ʒ1㊁1ʒ3㊁1ʒ5㊁2ʒ1)对PEEK表面形貌的影响ꎬ发现1ʒ1的混合酸可以形成具有微米和纳米级多层多孔结构的PEEK(SNPEEK)ꎮ在此基础上ꎬ通过EDA的胺化反应形成SNPEEK ̄NH2(图2)ꎮ虽然SNPEEK ̄NH2仍呈蜂窝状六边形结构ꎬ但其表面粗糙度较SNPEEK有所下降ꎮ胺化后ꎬSPEEK的圆形纳米孔结构消失ꎬ并在其表层形成不规则纳米孔结构ꎬ是由于表面层在胺化过程中脱落或溶解所致ꎮSNPEEK ̄NH2与骨组织良好骨结合的主要原因是:多孔改性增加了PEEK的表面积ꎬ进而增大了与骨组织的结合面积ꎻ并且氨基功能化改善了润湿性和细胞相容性ꎮ总之ꎬPEEK的表面结构和化学状态的双重修饰不仅具有良好的亲水性㊁细胞相容性和生物活性ꎬ而且胺化产生的希夫碱基和氨基也具有很高的抗菌活性ꎬ有利于进一步提高PEEK的骨整合能力ꎮ图2㊀聚醚醚酮表面改性工艺示意图Fig2㊀SchematicdiagramforthemodificationprocessofthePEEKsurface03第49卷第5期孙会娟:小分子表面活化改性PEEK骨植入物的研究进展3㊀其他改性除磺化㊁胺化改性PEEK之外ꎬ也有使用表面活性剂㊁磷化改性及新型结构聚芳醚酮用于骨修复材料的研究ꎮHe等[26]将PEEK氯甲基化得到CM ̄PEEK后ꎬ分别与两种季铵盐十八烷基二甲基氯化铵(STAC)和十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)接枝ꎬ制备抗菌表面(S ̄PEEK㊁C ̄PEEK)ꎮ经季铵盐改性后ꎬPEEK的润湿性大大提高ꎬ更利于细胞的初始黏附和生长ꎮS ̄PEEK和C ̄PEEK对金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为100%和98 91%ꎻ对大肠杆菌的抗菌率分别为48 39%和58 06%ꎬ表明两种改性PEEK对金黄色葡萄球菌的抑制效果较好ꎬ即季铵盐对革兰氏阳性菌的抗菌性能优于革兰氏阴性菌ꎬ这与季铵盐烷基链长度有关ꎮ抗菌机理为季铵盐的正离子首先通过静电作用与带负电的细菌接触ꎬ然后烷基链延伸到细胞壁和细胞膜中ꎬ扰乱细菌的正常代谢ꎬ杀死细菌ꎮMahjoubi等[27]用物理(抛光和喷砂)和两步重氮化学法ꎬ利用2-氨基乙酰膦酸(AEPA)在PEEK上形成一层膦酸盐层ꎮ产生四种不同的表面条件:抛光(PEEK ̄P)㊁抛光和磷化(PEEK ̄PP)㊁喷砂(PEEK ̄S)和喷砂和磷化(PEEK ̄SP)样品ꎮ由于PEEK ̄S表面粗糙ꎬPEEK ̄S疏水性比PEEK ̄P大ꎬ两者经磷酸化处理后亲水性均增加ꎮ浸入1 5倍SBF中10dꎬ钙磷比均在羟基磷灰石(HA)预期的钙磷比范围内ꎬ但含磷基质PEEK ̄PP㊁PEEK ̄SP比非磷基质PEEK ̄P㊁PEEK ̄S更能促进矿物沉积ꎮ此外ꎬSBF浸渍法沉积的HA在PEEK ̄PP上的黏附强度提高了约40%ꎮ喷砂提供了更多的锚定位点ꎬ磷酸化和喷砂的结合使细胞的代谢活性达到最高ꎮ磷化的促进作用体现为:磷酸盐在生理条件下是带负电的ꎬ负电荷可以(1)促进溶液中钙离子的螯合作用ꎬ启动矿化过程ꎻ(2)抑制非特异性蛋白质的吸附ꎻ(3)吸附细胞黏附蛋白以改善细胞黏附ꎮ聚芳醚腈酮(PPENK)与PEEK同属聚芳醚酮一族ꎬ与PEEK不同的是ꎬPPENK结构中的氰基为化学修饰提供了反应点ꎮLiu等[28]在浓碱溶液中水解氰基ꎬ氰基转化为羧基ꎬ使PPENK更具亲水性ꎮ在此基础上ꎬ采用偶联共价固定㊁肝素结合(EDA为连接物)两种方式固定骨形成蛋白-2(rh ̄BMP ̄2)以改性PPENK表面ꎬ对应产物P ̄BMP ̄2㊁PH ̄BMP ̄2ꎮ毒性试验表明ꎬPPENK㊁P ̄BMP ̄2和PH ̄BMP ̄2均无细胞毒性ꎮrhBMP ̄2的引入ꎬ使P ̄BMP ̄2和PH ̄BMP ̄2的水接触角分别下降至77 8ʎʃ2 2ʎ和58 0ʎʃ1 5ʎꎮrhBMP ̄2为细胞黏附提供了良好的界面ꎬ体现在P ̄BMP ̄2和PH ̄BMP ̄2的前成骨细胞MC3T3 ̄E1的密度明显高于PPENKꎬ后者尤甚ꎮ同时ꎬrhBMP ̄2能有效地促进促进成骨细胞的分化㊁碱性磷酸酶活性ꎮ生物相容性方面ꎬPH ̄BMP ̄2较P ̄BMP ̄2好ꎬ是因为P ̄BMP ̄2中的氨基键连接了PPENK与rhBMP ̄2致生物相容性降低ꎬ但P ̄BMP ̄2的长期稳定性较高ꎮ4㊀结语PEEK优异的性能ꎬ激发了科研技术人员对其探索的兴趣ꎮ为了满足日益增长的骨修复材料的需求ꎬ及病患对骨修复材料长期使用寿命的期望ꎬ有必要对惰性的PEEK表面进行适当的活化处理ꎮ在众多处理方式中ꎬ使用化学小分子改性ꎬ可以实现与PEEK长期㊁稳定的结合ꎬ甚至能进一步改善PEEK与其他添加物的界面相容性ꎬ从而提高PEEK的力学性能[29]ꎮ此外ꎬ目前经常使用的小分子ꎬ多为硫酸㊁EDA等常见化学物质ꎬ原料易得ꎬ制备工艺简单ꎬ但可用种类单一ꎮ今后的研究中ꎬ需要开发高效㊁功能化㊁经济的改性分子ꎬ并进一步明确其改性PEEK机理及对细胞增殖㊁矿化㊁生物相容性及骨整合的影响规律ꎮ同时ꎬ需要强化植入物的体内研究ꎬ以充分考察其在实际复杂环境中的实用性ꎮ参㊀考㊀文㊀献[1]KOJICNꎬRANGGERCꎬÖZGÜNCꎬetal.Carbon ̄fibre ̄reinforcedPEEKradiolucentintramedullarynailforhumeralshaftfracturefixation:Technicalfeaturesandapilotclinicalstudy[J].Injury ̄internationalJournaloftheCareoftheInjuredꎬ2017ꎬ48(Suppl5):S8 ̄S11. [2]SCHLIEMANNBꎬSEIFERTRꎬTHEISENCꎬetal.PEEKversustitaniumlockingplatesforproximalhumerusfracturefixation:Acomparativebiomechanicalstudyintwo ̄andthree ̄partfractures[J].ArchivesofOrthopaedic&TraumaSurgeryꎬ2017ꎬ137(1):63-71. [3]GHEISARIFARMꎬTHOMPSONGAꎬDRAGOCꎬetal.Invitrostudyofsurfacealterationstopolyetheretherketoneandtitaniumandtheireffectuponhumangingivalfibroblasts[J].JournalofProstheticDentistryꎬ2020ꎬ125(1):155-164.[4]SOUZAMDꎬMACDONALDNAꎬGENDREAUJLꎬetal.Graftmaterialsandbiologicsforspinalinterbodyfusion[J].Biomedicinesꎬ2019ꎬ7(4):75.[5]KOHYGꎬPARKKMꎬLEEJAꎬetal.Totalkneear ̄throplastyapplicationofpolyetheretherketoneandcarbon ̄fi ̄ber ̄reinforcedpolyetheretherketone:Areview[J].Mate ̄rialsScience&EngineeringCꎬ2019ꎬ100:70-81. [6]CHENYSꎬLINJHCꎬWUYRꎬetal.Characterizingthedifferentiationofosteoprogenitorcellsonsurfacemodifiedpolyether ̄ether ̄ketone[J].Surface&CoatingsTechnologyꎬ2018ꎬ350(25):904-912. [7]KURTZABSMꎬDEVINECJN.PEEKbiomaterialsintraumaꎬorthopedicꎬandspinalimplants[J].Biomaterialsꎬ2007ꎬ28(32):4845-4869. [8]HANXTꎬYANGDꎬYANGCCꎬetal.CarbonfiberreinforcedPEEKcompositesbasedon3D ̄printingtechnologyfororthopedicanddentalapplications[J].JournalofClinicalMedicineꎬ2019ꎬ8(2):240. [9]MAZYꎬLILLꎬSHIXCꎬetal.Enhancedosteogenicactivitiesofpolyetheretherketonesurfacemodifiedbypoly(sodiump ̄styrenesulfonate)viaultraviolet ̄inducedpoly ̄merization[J].JournalofAppliedPolymerScienceꎬ2020ꎬe49157ꎬhttps://doi org/10 1002/app 49157.13塑㊀料㊀工㊀业2021年㊀㊀[10]KUMARAꎬYAPWTꎬFOOSLꎬetal.Effectsofster ̄ilizationcyclesonPEEKformedicaldeviceapplication[J].Bioengineeringꎬ2018ꎬ5(1):18.[11]ZOUFꎬLÜFZꎬMAXSꎬetal.Dualdrugsreleasefromnanoporouslybioactivecoatingonpolyetheretherketoneforenhancementofantibacterialactivi ̄tyꎬrBMSCsresponsesandosseointegration[J].Materials&Designꎬ2020ꎬ188:108433.[12]YOONBJVꎬXAVIERFꎬWALKERBRꎬetal.Opti ̄mizingsurfacecharacteristicsforcelladhesionandprolifer ̄ationontitaniumplasmaspraycoatingsonpolyetheretherk ̄etone[J].SpineJournalꎬ2016ꎬ16(10):1238-1243.[13]LIULHꎬZHENGYYꎬZHANGQYꎬetal.Surfacephosphonationtreatmentshowsdose ̄dependentenhancementofthebioactivityofpolyetheretherketone[J].RSCAdvancesꎬ2019ꎬ9(52):30076-30086. [14]NAKANOHꎬNOGUCHIYꎬKAKINOKISꎬetal.Highlydurablelubricityofphoto ̄cross ̄linkedzwitterionicpolymerbrushessupportedbypoly(etheretherketone)substrate[J].ACSAppliedBioMaterialsꎬ2020ꎬ3(2):1071-1078.[15]ZHAOFꎬHUSHꎬWANGFJꎬetal.AsulfonatedPEEK/PCLcompositenanofibrousmembraneforperiosteumtissueengineeringapplication[J].JournalofMaterialsScienceꎬ2019ꎬ54(18):12012-12023[16]赵广宾ꎬ安超ꎬ秦勉ꎬ等.聚醚醚酮/羟基磷灰石复合植入物的制备及性能研究[J].西安交通大学学报ꎬ2019ꎬ53(4):72-78.ZHAOGBꎬANCꎬQINMꎬetal.Preparationandper ̄formancestudyofpolyetheretherketone/hydroxyapatitecompositeimplants[J].JournalofXi anJiaotongUni ̄versityꎬ2019ꎬ53(4):72-78.[17]ZHAOYꎬWONGHMꎬWANGWꎬetal.Cytocompat ̄ibilityꎬosseointegrationꎬandbioactivityofthree ̄dimen ̄sionalporousandnanostructurednetworkonpolyetherether ̄ketone[J].Biomaterialsꎬ2013ꎬ34(37):9264-9277.[18]BRUMRSꎬMONICHPRꎬBERTIFꎬetal.OnthesulphonatedPEEKforimplantdentistry:Biologicalandphysicochemicalassessment[J].MaterialsChemistryandPhysicsꎬ2019ꎬ223:542-547.[19]TOMOGLUSꎬCANERGꎬARABACIAꎬetal.Pro ̄ductionandsulfonationofbioactivepolyetheretherketonefoamforbonesubstituteapplications[J].InternationalJournalofPolymericMaterialsandPolymericBiomaterialsꎬ2018ꎬ68(18):1167-1176.[20]YUYꎬXIEKNꎬXIELꎬetal.Endowingpolyethere ̄therketonewithanti ̄inflammatoryabilityandimprovedos ̄teogenicability[J].JournalofBiomaterialsSciencePol ̄ymerEditionꎬ2020ꎬ32(2):1-19.[21]HEXHꎬDENGYꎬYUYꎬetal.Drug ̄loaded/graftedpeptide ̄modifiedporousPEEKtopromotebonetissuerepairandeliminatebacteria[J].ColloidsandSurfacesB:Biointerfacesꎬ2019ꎬ181:767-777.[22]ZHAOXDꎬXIONGDSꎬLIUYT.Improvingsurfacewettabilityandlubricationofpolyetheretherketone(PEEK)bycombiningwithpolyvinylalcohol(PVA)hydrogel[J].JournaloftheMechanicalBehaviorofBio ̄medicalMaterialsꎬ2018ꎬ82:27-34.[23]NWORIEF.Bis(salicylidene)ethylenediamine(salen)andbis(salicylidene)ethylenediamine ̄metalcomplexes:Fromstructuretobiologicalactivity[J].JournalofAna ̄lytical&PharmaceuticalResearchꎬ2016ꎬ3(6):00076. [24]BAIJFꎬDINGRꎬWANGYYꎬetal.Surfacemodifi ̄cationofpolyetheretherketonebygraftingaminogroupstoimproveitshydrophilicityandcytocompatibility[J].Ma ̄terialsResearchExpressꎬ2019ꎬ6(11):115413. [25]DINGRꎬCHENTJꎬXUQZꎬetal.Mixedmodificationofthesurfacemicrostructureandchemicalstateofpolyetheretherketonetoimproveitsantimicrobialactivityꎬhydrophilicityꎬcelladhesionꎬandboneintegration[J].ACSBiomaterialsScience&Engineeringꎬ2020ꎬ6(2):842-851.[26]HEMMꎬHOUYꎬJIANGYLꎬetal.Quaternizationonpolyetheretherketoneanditsantimicrobialactivity[J].MaterialsLettersꎬ2019ꎬ235:242-245.[27]MAHJOUBIHꎬBUCKEꎬMANIMUNDAPꎬetal.Surfacephosphonationenhanceshydroxyapatitecoatingad ̄hesiononpolyetheretherketoneanditsosseointegrationpo ̄tential[J].ActaBiomaterialiaꎬ2017ꎬ47:149-158. [28]LIUWTꎬWANGHꎬLIUCꎬetal.RhBMP ̄2immobi ̄lizedonpoly(phthalazinoneethernitrileketone)viachem ̄icalandphysicalmodificationforpromotinginvitroosteo ̄genicdifferentiation[J].ColloidsandSurfacesBꎬ2020ꎬ194:111173.[29]ZHUSꎬQIANYꎬHASSANEAMꎬetal.EnhancedinterfacialinteractionsbyPEEK ̄graftingandcouplingofacylatedCNTforGF/PEEKcomposites[J].CompositesCommunicationsꎬ2020ꎬ18:43-48.(本文于2021-01-25收到)23。

聚醚醚酮表面改性策略研究进展

聚醚醚酮表面改性策略研究进展

聚醚醚酮表面改性策略研究进展
徐朕钰;徐国强
【期刊名称】《临床医学进展》
【年(卷),期】2024(14)2
【摘要】聚醚醚酮(polyetheretherketone, PEEK)作为一种新型医学生物材料,有希望成为金属、合金等传统骨植入物的替代品,但其作为一种疏水材料,具有化学稳定性强的特点,不利于骨结合的发生,且感染风险较大。

表面改性既不会影响PEEK 的机械性能,也能增加PEEK的生物活性。

本文总结了PEEK表面改性方向的相关研究,从表面处理与表面涂层两个方面对PEEK的表面改性进行综述,旨在为今后的研究提供一定的参考与思路。

【总页数】6页(P4416-4421)
【作者】徐朕钰;徐国强
【作者单位】新疆医科大学第一附属医院(附属口腔医院)口腔修复种植科乌鲁木齐;新疆维吾尔自治区口腔医学研究所乌鲁木齐
【正文语种】中文
【中图分类】TQ3
【相关文献】
1.聚醚醚酮种植体表面纳米改性方法的研究进展
2.聚醚醚酮材料表面改性后成骨效能的研究进展
3.骨植入聚醚醚酮材料表面改性的研究进展
4.种植体新型材料聚醚醚酮表面改性处理的研究进展
5.医用材料聚醚醚酮等离子喷涂表面改性研究进展
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

聚醚醚酮表面多孔羟基化改性对MC3T3-E1细胞黏附、增殖的影响

聚醚醚酮表面多孔羟基化改性对MC3T3-E1细胞黏附、增殖的影响

聚醚醚酮表面多孔羟基化改性对MC3T3-E1细胞黏附、增殖的影响吴九平;朴颖鑫;于海驰;张郡;石禹;刘钦毅【摘要】目的对聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)薄片表面进行多孑化和羟基化改性,观察PEEK表面形貌和生物活性的变化,并探讨该改性方法对前成骨MC3T3-E1细胞黏附、增殖的影响.方法超声波环境下浓硫酸处理PEEK表面,在其表面形成大量微孔结构;经湿化学法将PEEK表面的酮类基团还原成羟基基团,改善其表面化学活性,提升PEEK薄片的生物相容性.利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)及静态水接触角检测改性前后材料表面形貌、化学基团及亲水性的变化.未处理PEEK、多孔化PEEK、羟基化PEEK、多孔羟基化PEEK与MC3T3-E1细胞共培养,评价表面改性后PEEK薄片对细胞黏附、增殖的影响.结果SEM结果显示浓硫酸处理后的PEEK薄片表面形成密集的空隙大小均匀的微孔结构,FT-IR结果证实羟基化改性成功地在PEEK表面还原出了大量羟基基团.同时,表面多孔化和羟基化改性均可有效提升PEEK材料表面的亲水性能.在体外细胞实验中,不同改性的PEEK材料与MC3T3-E1细胞共培养后结果显示,多孔化、羟基化和多孔羟基化改性均可显著促进细胞黏附和伸展,同时随着时间的延长,其促进细胞增殖的功能也逐步增强.结论表面多孔羟基化改性能有效提高PEEK材料表面的生物学活性和亲水性能,进而显著促进细胞的黏附和增殖.【期刊名称】《生物骨科材料与临床研究》【年(卷),期】2019(016)004【总页数】5页(P51-54,58)【关键词】聚醚醚酮;多孔化改性;羟基化改性;细胞黏附和增殖【作者】吴九平;朴颖鑫;于海驰;张郡;石禹;刘钦毅【作者单位】吉林大学第二医院骨科,吉林长春,130041;吉林大学口腔医院,吉林长春,130021;吉林大学第二医院骨科,吉林长春,130041;吉林大学第二医院骨科,吉林长春,130041;吉林大学第二医院骨科,吉林长春,130041;吉林大学第二医院骨科,吉林长春,130041【正文语种】中文【中图分类】R318.08聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)是一种新型的半结晶性的芳香族高分子聚合物,其基本分子结构主要由羰基和醚基连接芳香环组成[1]。

聚醚醚酮改性及其涂层的研究与发展

聚醚醚酮改性及其涂层的研究与发展
的出口 J 。为 了 突 破 西 方 国 家 的 限制 和 垄 断 ,我 国
展 ,尤 其是 有关 聚 醚醚 酮改性 、聚醚醚 酮基 复合涂 层 方 面 的理论 和研 究工 作进 行 了总结 ,并对 该 材料今 后 的研 究 方 向进行 了展 望 。
1 P E E K 改 性 研 究 与 发 展
Ke y wor ds: P o l y e t h e r e t he r k e t o n e; Mo d i f i c a t i o n; Co mp o s i t e Ma t e r i a l s; Co a t i n g
聚 醚醚 酮 ( P E E K) 是 由英 国 I C I 公 司于 1 9 7 8年
( C o l l e g e o f Me c h a n i c l a a n d E l e c t i r c a l E n g i n e e r i n g ,S h a a n x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e& T e c h n o l o g y ,X i ’ a n 7 1 0 0 2 1 ,C h i n a )
性 、机 械 性 能 、耐 高 温 性 能 、耐 腐 蚀 性 能 和 耐 磨 性 能 ,使得 其在 石 油 、化工 、机 械 等领 域作 为特 殊功 能 材 料 得到 了广 泛应 用 。在 P E E K研 制 之初 ,因其 在 军 事 工 业 和高科 技 产业 中具 有重 要 的应 用价值 ,长期 以 来 被 西方 发达 国家视 为重 要 的战 略材料 ,限制 对我 国
第4 5 卷 第 2期 2 0 1 7年 2月
塑 料 工 业
C HI N A P I AS T I C S I NDUS T R Y ・1 5・

种植体新型材料聚醚醚酮表面改性处理的研究进展

种植体新型材料聚醚醚酮表面改性处理的研究进展

种植体新型材料聚醚醚酮表面改性处理的研究进展作者:宣丽娜黎红来源:《中国现代医生》2022年第08期[摘要] 如今种植牙因临床技术的改进及与天然牙相当的咀嚼效率,已经被牙列缺损和牙列缺失患者列为首选的修复方法。

聚醚醚酮(PEEK)由于其出色的机械特性和良好的生物相容性而成为有前途的植入材料。

目前这种聚合物是脊柱应用的标准材料,但因为其生物惰性并未用于口腔种植体的制造。

种植体的成功率首先依赖于其良好的骨结合,如今国内外学者通过使用各种表面改性技术努力增强PEEK骨整合特性,以使得该聚合物材料能够应用于口腔中。

本文就未来种植体材料PEEK的不同表面改性技术进行综述。

[关键词] 聚醚醚酮;牙种植体;表面改性;牙列缺失[中图分类号] R783.6 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701(2022)08-0182-06Research progress on surface modification of Polyetheretherketone, a new implant materialXUAN Li′na LI HongSchool of Stomatology, Zhejiang University of Traditional Chinese Medicine, Hangzhou 310053, China[Abstract] Dental implants are considered as the preferred restoration method for patients with dentition defects and missing dentition, due to the improvement of clinical technology and the chewing efficiency equivalent to natural teeth. Polyetheretherketone(PEEK) becomes a new implant material, because of its excellent mechanical properties and good biocompatibility. It is currently a standard material for spinal applications, but it is not used in the manufacture of oral implants because of its biological inertness. The success rate of implants firstly depends on its good osseointegration. Researchers at home and abroad have used various surface modification technologies to enhance the osseointegration properties of PEEK so that the polymer material can be used in the oral cavity. This paper reviewed different future surface modification technologies of PEEK implant materials.[Key words] Polyetheretherketone; Dental implant; Surface modification; Dentition defects口腔種植体可以用作天然牙根的人工替代品,它们为固定或可摘的上端冠部修复体提供稳定的支持,并且可以提高牙列缺损或无牙颌患者的生活质量。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

0 前言
不锈钢、钛及 其 合 金 等 传 统 的 硬 组 织 植 入 金 属 材
收稿日期:20180525 川北医学院博士基金项目(CBY16QD02);川北医学院科 研发展计划项目(CBY16AZD02);四川省科技创新苗子工程资 助项目(2018024) 联系人,yanyzheng@163.com
摘 要:介绍了有望替代传统医用金属材料用作硬组织植入体的特种工程塑料聚醚醚酮(PEEK)的一些优异特性及其 不足。首先,综述了在 PEEK 表面构筑羟基磷灰石、钛或二氧化钛等改性涂层对体外及体内生物活性的影响,并重点 强调了改性涂层与基底结合力的重要性。其次,综述了直接表面改性手段,如等离子体浸没离子注入、激光处理、湿法 改性等在 PEEK 表面构筑有利的表面物理及化学性质,赋予其表面生物活性的研究进展。最后,对构筑兼具生物活性 和抗菌活性的 PEEK 表面进行总结,并对其发展方向进行了展望。 关 键 词:聚醚醚酮;生物活性;表面改性;硬组织;骨整合 中图分类号:TQ324 文献标识码:A 文章编号:10019278(2018)11000712 犇犗犐:10.19491/j.issn.10019278.2018.11.002
犃犫狊狋狉犪犮狋:Polyetheretherketone(PEEK)isaprominentcandidateforhardtissueimplantstoreplace traditionalbiomedicalmetallicmaterialsduetoitsoutstandingbiocompatibilityandelasticmodulus analogoustothehumancorticalbone.However,thereisinsufficientbioactivityforPEEK,thus resultinginadifficultyinapplicationforhardtissueimplants.Thispaperreviewedtheresearch progressinbioactiveenhancementofPEEKbysurfacemodification.Atfirst,thesurfacecoatingof hydroxyapatiteandtitaniumdioxideforPEEK wasconsideredasprimarymodificationtechniques suchasplasmasprayingandspincoating,whichcouldendowPEEK withbioactivity.Moreover, thedirectsurface modificationstrategies werealso widelyadoptedtoenhancethebioactivityof PEEK.Thesestrategiesincludedplasmaimmersionionimplantation,lasertreatmentandchemical surfacewetting.Bacterialinfection wasbroadlyrecognizedasoneofthe maincausesofimplant failure.Therefore,theenhancementofthe bioactivity and antibacterialcapability of PEEK implantsbysurfacemodificationhasbecomethehottopicsinrecentyears.Thispaperintroduced therecentresearchstatusofthesesurface modificationtechniquesforbioactiveenhancementof PEEKandalsoprospecteditsdevelopmentdirectioninfuture. 犓犲狔狑狅狉犱狊:polyetheretherketone;bioactivity;surfacemodification;hardtissue;osteointegration
第32卷 第11期 2018年11月
中 国 塑 料
犆犎犐犖犃犘犔犃犛犜犐犆犛
Vol.32,N性改性研究
刘吕花1,郑延延1 ,张丽芳2,熊成东2
(1.川北医学院基础医学院,四川 南充 637000;2.中国科学院成都有机化学研究所,成都 610041)
料因具有较 高 的 力 学 强 度、良 好 的 生 物 相 容 性 和 耐 疲 劳性等优异 性 能,在 硬 组 织 修 复 与 替 换 领 域 有 着 广 泛 应用[1]。但这些传统金属植入材料的弹性模量远远高 于骨组织的 弹 性 模 量,造 成 植 入 体 周 围 骨 组 织 所 受 的 应力刺激值远远低于骨组织维持自身更新所需的应力 刺激值,使植 入 体 周 围 骨 组 织 部 分 被 吸 收,强 度 降 低, 导致植入体松动,最终造成植入失败,即 产 生 所 谓 的 “应力屏蔽”效应[23]。另外,金属植入体可能释放出有 害的金属离子,造成骨质溶解或变应原性;且金属植入
犚犲狊犲犪狉犮犺犘狉狅犵狉犲狊狊犻狀犅犻狅犪犮狋犻狏犲犈狀犺犪狀犮犲犿犲狀狋狅犳犘狅犾狔犲狋犺犲狉犲狋犺犲狉犽犲狋狅狀犲 犫狔犛狌狉犳犪犮犲犕狅犱犻犳犻犮犪狋犻狅狀狊犳狅狉犎犪狉犱犜犻狊狊狌犲犐犿狆犾犪狀狋狊
LIULyuhua1,ZHENG Yanyan1 ,ZHANGLifang2,XIONGChengdong2
(1.SchoolofBasicMedicalSciences,NorthSichuanMedicalColloge,Nanchong637000,China; 2.ChengduInstituteofOrganicChemistry,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China)
相关文档
最新文档