实验目的:聚醚醚酮因其良好的生物相容性、化学稳定性、低弹性模量而逐渐在牙科和骨科领域引起越来越多的关注。然而,聚醚醚酮属于生物惰性材料,表面活性低,不利于骨结合,且其力学性能低于人类骨质,限制了其潜在应用。本实验的目的是探究表面改性的碳纤维增强聚醚醚酮种植体的表面理化性能和体外成骨潜能,为聚醚醚酮在口腔种植领域的应用提供理论基础。实验方法:本实验首先通过注塑成型法制备不同碳纤维含量增强的聚醚醚酮,通过力学性能检测,筛选出具有最佳力学性能的碳纤维增强聚醚醚酮。利用射频低温等离子体技术对筛选出的样品进行表面改性,然后对样品的表面理化性能和体外成骨潜能进行检测,以纯钛作为对照组,进行以下检测:1.样品表面物理性能检测:通过扫描电镜、原子力显微镜和水接触角检测样品的表面形貌、粗糙度和亲水性能。2.样品表面化学性能检测:通过X射线光电子能谱和傅里叶红外光谱检测样品表面的化学元素组成和化学官能团。3.将MG-63细胞接种到样品表面,共培养6小时后通过扫描电镜观察和DAPI染色检测氨基表面改性对成骨细胞黏附的影响;分别共培养1、3、7天后通过CCK-8检测氨基表面改性对成骨细胞增殖的影响。4.将MG-63细胞接种到样品表面共培养7、14天后,进行碱性磷酸酶活性测定;共培养21天后,进行茜素红染色定量分析,检测细胞外基质的矿化水平。5.通过实时定量聚合酶链式反应和酶联免疫吸附试验检测MG-63细胞在样品表面共培养7、14天后的成骨相关基因和蛋白的表达,以评价氨基表面改性对MG-63细胞的成骨分化的影响。实验结果:1.分别制备了10%、20%、30%、40%含量的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料,扫描电镜显示聚醚醚酮与碳纤维结合良好。力学性能检测结果显示,碳纤维提高了复合材料的力学性能,30%碳纤维增强聚醚醚酮的力学性能最佳,因此选取此组样品进行了射频低温等离子体表面改性,检测了样品表面的理化性能和体外成骨潜能。2.样品表面的物理性能检测结果:扫描电镜结果发现,氨基改性对样品的表面形貌无明显影响;原子力显微镜结果显示,氨基改性组的表面粗糙度(Ra=231nm)显著低于30%碳纤维增强聚醚醚酮组的表面粗糙度(Ra=480 nm),与纯钛组的表面粗糙度(Ra=221 nm)相当;水接触角检测结果发现,氨基改性后,样品由原来的疏水表面变成亲水表面。3.样品表面的化学性能检测结果:X射线光电子能谱检测结果显示,30%碳纤维增强聚醚醚酮表面可检测到C、O元素,表面改性后可检测到C、O、N(16.8%)元素,经TFBA标定后,表面可检测到C、O、N、F(2.69%)元素;傅里叶红外光谱图像显示,30%碳纤维增强聚醚醚酮经表面改性后,在3380 cm-1至3200 cm-1范围内出现了氨基特征峰,说明了表面改性后将氨基引入了30%碳纤维增强聚醚醚酮表面。4.细胞黏附实验结果显示,氨基改性组的MG-63细胞呈细长纺锤状,附着面积大,黏附数量多于30%碳纤维增强聚醚醚酮组。CCK-8结果显示,MG-63细胞与样品共培养1、3、7天后,氨基改性组的OD值高于30%碳纤维增强聚醚醚酮组的OD值。5.MG-63细胞在样品表面共培养7、14天后,氨基改性组的碱性磷酸酶活性显著高于30%碳纤维增强聚醚醚酮组和纯钛对照组;共培养21天后,氨基改性组的细胞外基质的矿化水平明显高于30%碳纤维增强聚醚醚酮组,与纯钛组相当。6.实时定量聚合酶链式反应结果显示,共培养7天后,氨基改性组的ALP、COL-1、OCN、RUNX2的基因表达水平显著高于30%碳纤维增强聚醚醚酮组和纯钛对照组;共培养14天后,氨基改性组的COL-1、OCN、RUNX2的基因表达水平显著高于30%碳纤维增强聚醚醚酮组,ALP的基因表达水平显著低于30%碳纤维增强聚醚醚酮组和纯钛对照组。7.酶联免疫吸附试验结果显示,共培养7天后,氨基改性组的ALP、COL-1、OCN的蛋白表达明显高于30%碳纤维增强聚醚醚酮组,RUNX2的蛋白表达水平在氨基改性前后无显著差异;共培养14天后,氨基改性组的ALP、COL-1、OCN的基因表达水平显著高于30%碳纤维增强聚醚醚酮组和纯钛对照组,RUNX2的蛋白表达水平在氨基改性前后无显著差异。结论:通过注塑成型法制备了不同含量的碳纤维增强聚醚醚酮种植体,碳纤维的加入增强了材料的力学性能,30%碳纤维增强聚醚醚酮的力学性能最佳。通过射频低温等离子体表面改性技术,在30%碳纤维增强聚醚醚酮的表面引入了氨基功能团,氨基表面改性显著的提高了样品表面的亲水性能,促进了成骨细胞的黏附与增殖、碱性磷酸酶活性、细胞外基质的矿化,以及成骨相关基因和蛋白的表达。