供稿人:汤磊，王玲 发布日期：2017-07-20
材料的生物活性和生物相容性对组织工程支架至关重要。在中南大学的一项研究中，研究人员将羟基磷灰石（HAP）掺入聚醚醚酮/聚乙醇酸（PEEK / PGA）的混合物中以改善其生物学性质，并利用选择性激光烧结（SLS）工艺开发新型复合支架。
图 1 (PEEK/PGA-HAP) 复合支架
聚醚醚酮（PEEK）是一种非常具有吸引力的生物支架材料，它具有优异的机械性能，良好的热稳定性以及良好的加工性能，但其生物耐性和缓慢降解性抑制了其进一步的应用。而聚乙醇酸（PGA）则具有显着的亲水性和良好的降解性。混合使用PEEK和PGA可以兼顾两者的优点。更重要的是，PEEK / PGA复合物能够随着时间逐渐降解，并且可以通过调整PGA在复合物中的含量来调节降解速率。然而，这种复合材料仍然存在缺乏天然细胞识别位点的问题。
羟基磷灰石（HAP）是人体骨骼的主要无机组分，其具有优异的骨传导性能、骨结合能力、生物相容性和生物活性。HAP掺入PEEK / PGA复合物可以明显增强支架的生物相容性和生物活性。
研究人员主要探索了HAP对复合支架物理化学性能的影响。支架的弹性模量和抗压强度随着HAP含量而增加。添加10wt％的HAP可以将其弹性模量提高到3.31GPa，比不添加HAP的PEEK / PGA支架高25％。此外，掺入10wt％HAP后支架的抗压强度提高到95.47MPa，比不添加HAP的PEEK / PGA支架高34.5％。由于填料刚度较高，复合支架的弹性模量和抗压强度随着无机填料含量的增加而增加。然而，当HAP含量达到12.5wt％时，支架的拉伸强度开始随HAP含量的增加而降低，并且一直下降到24.3MPa左右。复合物基体中的HAP颗粒大量聚集可能导致其强度大幅降低。因此，本研究中复合材料最佳HAP含量为10wt％，此时，HAP颗粒能够均匀分布在PEEK / PGA基质中。
图 2 支架弹性模量及拉压强度随HAP含量的变化
此外，在浸入模拟体液（SBF）实验中，随着复合支架中HAP含量的增加，磷灰石形成能力明显增强。将HAP颗粒混入PEEK / PGA基质中能够刺激并加速磷灰石的形成，从而增强支架的生物活性。同时，复合支架比PEEK / PGA支架更有利于细胞附着和增殖。这些结果突显了（PEEK / PGA）-HAP复合支架用于组织再生的潜力。
图 3 在PEEK / PGA和PEEK / PGA-10wt％HAP支架上培养的不同时期的MG63细胞的荧光图像