仿成骨过程的PEEK表面层级力学结构的实现与表征

目的通过模拟成骨细胞在骨形成过程中的矿化行为,对聚醚醚酮(PEEK)植入材料表面进行改性,制备具有层级力学特征的PEEK表面结构,并评估其机械性能和生物学特性,以拓展PEEK在骨科植入物领域的应用潜力。方法本研究利用微生物诱导的碳酸盐沉淀(MICP)技术,采用Sporosarcina Pasteurii菌进行矿化,从而对PEEK植入材料表面进行力学改性。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等物理和化学性质表征,评估SPEEK-MICP的微观结构和组成。利用纳米压痕技术测量不同尺度下的层级力学特性。随后,通过体外细胞实验,评价SPEEK-MICP的生物相容性和成骨活性。结果改性后的PEEK材料展现出了类似骨组织的微观尺度下的层级机械性能。纳米压痕测试结果表明,改性后PEEK表面出现了与天然骨类似的,弹性模量随着压入深度上升而下降的层级力学变化趋势。此外,SPEEK-MICP的表面表现出超亲水性。材料改性后,细胞表面黏附、增殖和分化能力均得到了显著提升。结论本研究成功通过MICP技术制备了具有独特机械性能和生物学特性的SPEEK-MICP复合生物材料。该材料不仅具有类似自然骨的微观层级力学特质,还展现出了良好的生物相容性和成骨活性。