PEEK surface modification by fast ambient-temperature sulfonation for bone implant applications

偷看 材料科学 骨整合 惰性 表面改性 接触角 复合材料 生物相容性材料 化学工程 植入 生物医学工程 聚合物 化学 有机化学 外科 工程类 医学
作者
Weigeng Wang,Chaojie Luo,Jie Huang,Mohan Edirisinghe
出处
期刊:Journal of the Royal Society Interface [Royal Society]
卷期号:16 (152): 20180955-20180955 被引量:105
标识
DOI:10.1098/rsif.2018.0955
摘要

We develop a simple, fast and economical surface treatment under ambient temperature to improve the hydrophilicity and osteoconductivity of polyetheretherketone (PEEK) for bone implant applications. A major challenge in bone implants is the drastic difference in stiffness between traditional implant materials (such as titanium and stainless steel) and human bone. PEEK is biocompatible with an elastic modulus closely matching that of human bone, making it a highly attractive alternative. However, its bio-inert and poorly hydrophilic surface presents a serious challenge for osseointegration. Sulfonation can improve hydrophilicity and introduce bioactive sulfonate groups, but PEEK sulfonation has traditionally been applied for fuel cells, employing elevated temperatures and long reaction times to re-cast PEEK into sulfonated films. Little research has systematically studied PEEK surface modification by short reaction time (seconds) and ambient-temperature sulfonation for biomedical applications. Here, we investigate three ambient-temperature sulfonation treatments under varying reaction times (5-90 s) and evaluate the hydrophilicity and morphology of 15 modified PEEK surfaces. We establish an optimal treatment using 30 s H2SO4 followed by 20 s rinsing, and then 20 s immersion in NaOH followed by 20 s rinsing. This 30 s ambient-temperature sulfonation is found to be more effective than conventional plasma treatments and reduced PEEK water contact angle from 78° to 37°.

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