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摘要随着经济条件的提高，人们追求更高质量的生活水平，当口腔牙齿缺失等问题出现时，种植义齿因固位好、不磨损邻牙等优点而备受患者青睐。然而，临床上常用的牙科植入材料，如钛和钛合金、氧化锆等，与周围骨组织之间的弹性模量不匹配，导致植入失败的情况频繁发生。近年来，聚合物聚醚醚酮作为一种模量和力学性能可调的材料，逐渐成为潜在应用的牙科植入材料。然而，其机械强度无法满足体内承重要求，且固有的生物惰性影响了植入早期其与骨组织形成良好的结合，限制了材料的进一步临床应用。因此，开发同时具有良好机械性能和生物活性的新型生物功能材料，以满足人体硬组织植入物的临床需求，成为牙科领域亟需解决的关键问题之一。<br>　　目的：<br>　　为了开发兼具良好机械性能和生物活性的新型生物功能材料，拟先探究钛合金（Ti）、氧化锆（Zr）常规种植体材料和聚醚醚酮（PEEK）、碳纤维增强聚醚醚酮（CFR-PEEK）新型植入材料的理化性能、成骨活性的区别，以评估添加30%碳纤维的CFR-PEEK的力学性能及临床应用的可能性。然后使用酸蚀法对CFR-PEEK进行改性以改善CFR-PEEK的成骨能力，并探索不同磺化时间对CFR-PEEK理化、成骨、抗菌性能的影响，以期找到最佳磺化时间。再者将磺化后的CFR-PEEK表面进一步修饰聚多巴胺（PDA），并负载铜离子，制备成多功能磺化碳纤维增强聚醚醚酮表面载铜涂层材料（CP-S5-PDA-Cu），并通过理化性能、生物相容性和生物活性的相关测试，研究复合材料体外的成骨、成血管及抗菌效果。最后将该材料行体内生物材料安全性及成骨性能的实验，进一步验证材料的生物相容性和骨整合能力。<br>　　方法：<br>　　1.通过扫描电镜、接触式轮廓仪、接触角分析仪、纳米压痕仪评估Ti，Zr，PEEK和CFR-PEEK等材料的表面形貌、粗糙度、亲水性及硬度与弹性模量等理化性能，并将大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）与不同材料共培养，检测各材料对rBMSCs的黏附、增殖、碱性磷酸酶活性、细胞外基质矿化和成骨分化相关基因表达水平的影响。<br>　　2.对CFR-PEEK进行不同时间（1、3、5和10min）的酸蚀和后处理（丙酮清洗、NaOH浸泡和水热处理），使用扫描电镜（SEM）、能量色散X射线光谱（XPS）、X射线光电子能谱（EDS）、傅里叶变换衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）、接触角仪、探针接触轮廓仪、pH计及万能试验机检测磺化后材料的性能变化。接着，将rBMSCs与不同材料共培养，检测不同磺化时间对rBMSCs的黏附、增殖、碱性磷酸酶活性、细胞外基质矿化和成骨分化相关基因和蛋白表达水平的影响。此外，还将分别代表革兰阳性需氧菌及阴性厌氧菌的金黄色葡萄球菌（S.aureus）及牙龈卟啉单胞菌（P.gingivalis）与材料共培养，通过活/死细菌染色、细菌菌落计数和细菌生物膜代谢活性测试等实验对不同磺化材料的杀菌和抗粘附能力进行定量与定性检测。<br>　　3.对CFR-PEEK进行酸蚀，并在表面修饰聚多巴胺，利用磺化后表面的多孔结构和PDA螯合金属离子的作用负载不同浓度的铜离子，制备成一系列复合材料：CFR-PEEK、CP-S5、CP-S5-PDA、CP-S5-PDA-Cu2.5和CP-S5-PDA-Cu5。用SEM、XPS、EDS、ATR-FTIR、接触角仪、探针接触轮廓仪、电感耦合等离子体发生仪（ICP-MS）检测不同复合材料的理化性能。对材料表面的rBMSCs和人脐静脉血管内皮细胞（HUVECs）行免疫荧光染色观察不同样本上细胞的铺展状态、用CCK8检测不同细胞的增殖情况、以及通过7d和14d的碱性磷酸酶实验、14d和21d的茜素红S染色及7d和14d的实时荧光定量PCR（RT-qPCR）及14d的蛋白免疫印迹（WB）实验检测各组材料表面rBMSCs的成骨性能。同时采用划痕试验、成管试验、3d和7d的RT-qPCR及7d的WB实验检测各材料表面HUVECs的成血管性能。最后对不同材料上的S.aureus和P.gingivalis行活/死细菌染色、细菌菌落计数和细菌生物膜代谢活性测试等实验评估不同材料的抗菌性能。<br>　　4.根据以上结果，选择CFR-PEEK、CP-S5、CP-S5-PDA及CP-S5-PDA-Cu2.5行体内实验。通过溶血试验评估各材料的血液相容性，并采用皮内刺激方法检测材料对皮肤的潜在刺激作用，同时使用皮下植入方法观察样品植入组织的局部反应程度及全身亚急性反应。此外，制备大鼠颅骨缺损模型，并将以上材料植入颅骨缺损内，通过6和10周的Micro-CT及10周的苦味酸-品红（V-G）、马松三色（Masson）和苏木精-伊红（Hamp;E）染色以观察各材料的体内成骨效果。<br>　　结果：<br>　　1.PEEK和CFR-PEEK的弹性模量比Ti、Zr更接近骨组织，相比于PEEK，CFR-PEEK中碳纤维的添加明显提高了材料的机械强度。然而，与Ti、Zr、PEEK相比，CFR-PEEK表面的rBMSCs铺展情况较差。在浸取液试验中，各组rBMSCs增殖率无明显差异。但在直接接触试验中，CFR-PEEK表面细胞的增殖率略低于Ti和Zr。此外，CFR-PEEK在碱性磷酸酶活性、细胞外基质矿化形成和成骨分化相关基因的表达中表现欠佳。<br>　　2.磺化使CFR-PEEK表面形成了三维微孔结构，这不仅增加了材料的亲水性和粗糙度，还有效促进了细胞的粘附、增殖以及成骨相关基因和蛋白（COL-1、RUNX2和OPN）的表达，提高了材料的成骨分化能力。此外，磺化材料还具有一定的抗菌能力，其中磺化表面对P.gingivalis的抑菌效果稍高于S.aureus。同时，5min和10min的磺化时间在理化及生物学性能上没有明显差异，可以作为30%CFR-PEEK合适的磺化时间。<br>　　3.PDA及铜离子复合涂层的加载对材料的机械性能及表面结构未及明显影响。而且，这种涂层能够增加材料的亲水性和铜的缓释作用，从而有利于rBMSCs在样品表面的增殖及成骨分化能力的表达。此外，CP-S5-PDA-Cu2.5不仅具有促进HUVECs的迁移、血管生成能力和成管相关基因及蛋白的表达，并表现出对P.gingivalis较强的杀菌能力。<br>　　4.CFR-PEEK、CP-S5、CP-S5-PDA和CP-S5-PDA-Cu2.5材料浸提液的溶血率均低于5%，且未引起明显溶血反应，同时对皮肤无潜在刺激作用。实验结果表明，各实验组材料不会对大鼠产生亚急性毒性反应，其中肝肾生化指标、重要脏器大体观及病理组织切片与对照组未及明显差异。再将各材料植入大鼠颅骨缺损模型6和10周后，CP-S5-PDA-Cu2.5组表现出更多的骨形成和更高的骨密度，这表明该材料对骨生长具有促进作用。<br>　　结论：CFR-PEEK具有与骨组织相似的弹性模量和较高的机械强度，且相对较好的生物相容性。通过磺化和PDA在CFR-PEEK表面负载铜离子形成的复合材料，体外实验表明其具有良好的成骨性能、血管生成活性和抗菌能力。在体内实验，该复合材料表现出良好的血液相容性、组织相容性及骨整合效果。