吉林大学第二医院罗云纲&刘国民Mater. Des.：PEEK/PMMA/CF三元复合材料的制备及其在骨植入物中的应用

DOI: 10.1016/j.matdes.2021.109893

目前，钛等金属和聚醚醚酮（PEEK）等各种新型高性能工程塑料已广泛应用于临床。与人体皮质骨相比，传统金属可能会造成应力屏蔽。相比之下，PEEK的弹性模量略低于人体骨骼。本研究将PEEK和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）静电纺丝成纤维并与碳纤维（CF）混合。然后将混合物热压以制备PEEK/PMMA/CF三元复合材料。力学试验表明，PEEK/PMMA/CF三元复合材料的杨氏模量介于4.67±0.38和6.37±0.81GPa之间，与人体骨骼相似。体外细胞毒性试验显示，细胞培养7天后，相对生长率为86-97％，相应的细胞毒性水平为0或1。此外，体内试验表明，三元复合物具有良好的组织相容性，无排斥反应或炎症反应。当使用X射线、CT（计算机断层扫描）和MRI（磁共振成像）扫描检查材料时，未观察到伪影。因此，本研究所制备的PEEK/PMMA/CF三元复合材料可用作骨科应用中很有前景的骨植入材料。

图1.PKEF（a，b，c）和PMEF（d，e，f）的SEM图像以及直径分布。冷压后60PEEK（g，k），50PEEK（h，l），45PEEK（i，m）和35PEEK（j，n）的表面和横截面形态。

图2.60PEEK（a和e）、55PEEK（b和f）、45PEEK（c和g）和35PEEK（d和h）的表面形态。PKEF/PMEF/CF三元复合材料的密度（i）、CA（j）以及质量（k）和体积（l）变化。

图3.纯PEEK、纯PMMA和PKEF/PMEF/CF三元复合材料的热分析结果：（a）所有样品的TGA结果；（b）纯PEEK、纯PMMA和PKEF/PMEF/CF三元复合材料的DSC分析；（c）纯PEEK的DSC分析。

图4.60PEEK、50PEEK、45PEEK和35PEEK的压缩（b和c）、拉伸（e和f）和弯曲（h和i）强度以及模量。60PEEK、50PEEK、45PEEK和35PEEK的压缩、拉伸和弯曲应力-应变曲线（a、d和g）。*p<0.05，**p<0.01。

图5.PKEF/PMEF/CF三元复合材料弯曲截面的SEM图像：60PEEK（a和e），50PEEK（b和f），45PEEK（c和g）和35PEEK（d和h）。放大的35PEEK横截面SEM图像（i和j）。

图6.PKEF/PMEF/CF三元复合提取物培养1、4和7天后的细胞毒性。

图7.PKEF/PMEF/CF三元复合材料术后4周和8周时的X射线、CT和MRI扫描。

图8.（a）术后4周和8周缺损的2D和3D显微CT图像重建；（b）植入和样本采集；（c）Tb.Th、Tb.Sp、Tb.N和BV/TV的显微CT量化直方图。

图9.PEEK和PEEK/PMMA/CF三元复合材料植入4周和8周后，H&E和Masson三色染色的硬组织切片。

文章来源：北京永康乐业公司 http://www.biofabrication.cn/

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