Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
PEEK có khả năng hình thành apatite với lớp phủ bề mặt TiO2
Tóm tắt
Polyetheretherketone (PEEK) được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị cấy ghép chỉnh hình, chẳng hạn như thiết bị hợp nhất cột sống, nhờ vào mô đun đàn hồi trung bình và độ bền cơ học tương đối cao. Tuy nhiên, PEEK không có khả năng liên kết với xương sống, vì vậy cần phải ghép tự thân để cố định vào xương. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã cố gắng bổ sung các tính chất liên kết xương cho PEEK bằng cách phủ một lớp TiO2 được tổng hợp qua quy trình sol-gel. Khi dung dịch sol TiO2 bao gồm titanium isopropoxide, nước, ethanol và axit nitric được lắng đọng lên bề mặt PEEK mà không có bất kỳ xử lý trước nào, lớp gel TiO2 hình thành bị tách rời dễ dàng sau các xử lý tiếp theo. Tuy nhiên, khi cùng một dung dịch được lắng đọng lên PEEK đã được xử lý UV hoặc plasma O2 trước đó, lớp gel TiO2 lắng đọng bám chặt vào bề mặt ngay cả sau các xử lý tiếp theo. Sự bám dính mạnh mẽ được quy cho sự tương tác giữa các nhóm C–O, C=O và O–C=O trên PEEK do xử lý UV hoặc plasma O2 và liên kết Ti–O của lớp gel TiO2. Apatite không hình thành trên lớp gel TiO2 mới hình thành trong dung dịch dịch thể mô giả (SBF) ngay cả sau 3 ngày; tuy nhiên, apatite đã hình thành sau khi ngâm trong dung dịch HCl 0.1 M ở 80 °C trong 24 giờ. Sự hình thành apatite này được cho là do điện tích bề mặt dương của lớp gel TiO2 do xử lý axit tạo ra. PEEK với lớp phủ gel TiO2 được hình thành bởi quy trình đề xuất được dự kiến sẽ liên kết với xương sống, vì oxit titan mang điện tích dương, thúc đẩy sự hình thành apatite trong SBF trong một khoảng thời gian ngắn, được biết là có khả năng liên kết với xương sống.
Từ khóa
#PEEK #lớp phủ TiO2 #hình thành apatite #liên kết xương #gel sol-gelTài liệu tham khảo
Skinner HB. Composite technology for total hip arthroplasty. Clin Orthop Relat Res. 1988;235:224–36.
Kurtz SM. PEEK biomaterials handbook. New York: Elsevier Science; 2011.
Briem D, Strametz S, Schröder K, Meenen NM, Lehmann W, Linhart W, Ohl A, Rueger JM. Response of primary fibroblasts and osteoblasts to plasma treated polyetheretherketone (PEEK) surfaces. J Mater Sci. 2005;16:671–7.
Pino M, Stingelin N, Tanner KE. Nucleation and growth of apatite on NaOH-treated PEEK, HDPE and UHMWPE for artificical cornea materials. Acta Biomater. 2008;4:1827–36.
Pino M, Chrzanowski W, Fabel D, Bakla M, Stingelin N, Tanner KE. Apatite deposition on NaOH-treated PEEK and UHMWPE filim for sclera materials in artificial cornea implants. Adv Eng Mater. 2010;12:B234–44.
Ha SW, Kirch M, Birchler F, Eckert KL, Mayer J, Wintermantel E, Sittig C, Pfund-Kilngenfuss I, Textor M, Spencer ND, Guecheva M, Vonmont H. Surface activation of polyetheretherketone (PEEK) and formation of calcium phosphate coatings by precipitation. J Mater Sci Mater Med. 1997;8:683–90.
Barkarmo S, Wennerberg A, Hoffman M, Kjellin P, Breding K, Handa P, Stenport V. Nano-hyroxyapatite-coated PEEK implants: a pilot study in rabbit bone. J Biomed Mater Res A. 2013;101A:465–71.
Ha SW, Mayer J, Koch B, Wintermantel E. Plasma-sprayed hydroxylapatite coating on carbon fibre reinforced thermoplastic composite materials. J Mater Sci Mater Med. 1994;5:481–4.
Ha SW, Gisep A, Mayer J, Wintermantel E, Gruner H, Wieland M. Topographical characterization and microstructural interface analysis of vacuum-plasma-sprayed titanium and hydroxyapatite coatings on carbon fibre-reinforced poly(etheretherketone). J Mater Sci Mater Med. 1997;8:891–6.
Rabiei A, Sandukas S. Processing and evaluation of bioactive coating on polymeric implants. J. Biomed Mater Res A. 2013;101A:2621–9.
Hahn B-D, Park D-S, Choi J-J, Ryu J, Yoon W-H, Choi J-H, Kim J-W, Ahn C-W, Kim H-E, Yoon B-H, Jung I-K. Osteoconductive hydroxyapatite coated PEEK for spinal fusion surgery. Appl Surf Sci. 2013;283:6–11.
Shucong Y, Hariram KP, Kurmar R, Cheang P, Aik KK. In vitro apatite formation and its growth kinetics on hydroxyapatite-polyetheretherketone biocomposites. Biomaterials. 2005;26:2343–52.
Abu Bakar MS, Cheng MHW, Tang SM, Yu SC, Liao K, Tan CT, Khor KA, Cheang P. Tensile properties, tension–tension fatigue and biological response of polyetheretherketone–hydroxyapatite composites for load-bearing orthopedic implants. Biomaterials. 2003;24:2245–50.
Tan KH, Chua CK, Leong KF, Cheah CM, Cheang P, Abu Barkar MS, Chan SW. Scafforld development using selective laser sintering of polyetheretherketon-hydroxyaopatite biocomposite blends. Biomaterials. 2003;24:3115–23.
Kim IY, Sugino A, Kikuta K, Ohtsuki T. Bioactive composites consisting of PEEK and calcium silicate powders. J Biomat Appl. 2009;24:105–18.
Tsou H-K, Hsieh PY, Chung C-J, Tang C-H, Shyr T-W, He J-L. Low-temperature deposition of anatase Titanium oxide on medical grade PEEK to assist osseous integration. Surf Coat Technol. 2009;204:1121–5.
Balas F, Kokubo T, Kawashita M, Nakamura T. Surface modification of organic polymers with bioactive titanium oxide without the aid of a silane-coupling agent. J Mater Sci Mater Med. 2007;18:1167–74.
Saito T, Takemoto M, Fukuda A, Kuroda Y, Fujibayashi S, Neo M, Honjoh D, Hiraide T, Kizuki T, Kokubo T, Nakamura T. Effect of titania-based surface modification of polyethylene terephthalate on bone-implant bonding and peri-implant tissue reaction. Acta Biomater. 2011;7:1558–69.
Kokubo T, Takadama H. How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity. Biomaterials. 2006;27:2907–15.
Tsougeni K, Vourdas N, Tserepi A, Gogolides E. Mechanisms of oxygen plasma nanotexturing of organic polymer surface: from stable super hydrophilic to super hydrophobic surfaces. Langmuir. 2009;25:11748–59.
Brunette DM, Tengrall P, Textor M, Thomson P (ed.) Titanium in Medicine (Springer, Berlin, 2001).
Kokubo T, Pattanayak DK, Yamaguchi S, Takadama H, Matsushita T, Kawai T, Takemoto M, Fujibayashi S, Nakamura T. Positively charged bioactive Ti metal prepared by simple chemical and heat treatments. J R Soc Interface. 2010;7:S503–13.
Kawai T, Takemoto M, Fujibayashi S, Neo M, Akiyama H, Yamaguchi S, Pattanayak DK, Matsushita T, Nakamura T, Kokubo T. Bone-bonding properties of Ti metal subjected to acid and heat treatments. J Mater Sci. 2012;23:2981–92.
Kawai T, Takemoto M, Fujibayashi S, Akiyama H, Yamaguchi S, Pattanayak DK, Doi K, Matsushita T, Nakamura T, Kokubo T, Matsuda S. Osteoconduction of porous Ti metal enhanced by acic and heat treatments. J Mater Sci. 2013;24:1707–15.