一种MOF涂层修饰的聚醚醚酮基材植入材料的制备方法

技术领域

本发明属于金属有机框架材料、生物医用高分子材料技术领域，尤其涉及一种MOF涂层修饰的聚醚醚酮基材植入材料的制备方法。

背景技术

由于其优良的热稳定性、机械性能、射线可透性、生物相容性及与人体皮质骨（-20GPa）相匹配的可控的弹性模量，聚醚醚酮(PEEK)基材在生物材料领域表现出了极大的潜能，在骨科及牙科都具有良好的应用前景。

但是聚醚醚酮(PEEK)基材自身固有的生物学惰性将阻碍植入物与周围骨组织间的有效的成骨整合，从而影响植入物在人体内的长期稳定性。随着骨生理的进一步发展，人们逐渐认识到骨形成不单单是骨骼系统的行为，而是需要凝血系统、免疫系统等多系统同时参与的病理生理过程。血管新生是骨折愈合及骨整合期间新骨形成的关键过程。新生血管可以为周围细胞提供氧气和营养物质以促进其增殖和分化。若植入物界面的血管化过程缓慢而不完全，其氧与营养物质供给不足，易致细胞死亡。因而植入物在体内功能的发挥和存活需要植入后快速而稳定的血管生成。植入物的植入也会引起宿主固有的免疫反应,尤其是巨噬细胞的极化状态和炎性分泌功能，会直接影响其骨整合效果。理想的骨植入材料不仅应当具有较好的成骨及成血管特性，也要具备一种调节免疫炎症的能力。因此对聚醚醚酮(PEEK)基材进行表面改性使其具有成血管、抗炎和促成骨功能对于发展聚醚醚酮及复合材料在生物医疗材料方面的应用是非常重要的。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种MOF涂层修饰的聚醚醚酮基材植入材料的制备方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种MOF涂层修饰的聚醚醚酮基材植入材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤a.聚醚醚酮基材表面多孔结构的构建

将聚醚醚酮基材浸没在浓度为98%的浓硫酸中进行搅拌后，再置于去离子水中以终止反应，然后依次在丙酮、去离子水中分别进行清洗10-30min，真空干燥，得到具有多孔结构的聚醚醚酮基材；

步骤b.羟基磷灰石@镁-没食子酸纳米复合MOF材料的制备

将纳米羟基磷灰石超声分散到去离子水中，得到纳米羟基磷灰石分散液，并用10M氢氧化钾将纳米羟基磷灰石分散液的PH调至8-9，然后加入氯化镁和没食子酸，超声分散均匀，将混合溶液置于三颈烧瓶中回流搅拌，于120℃反应24h，冷却至室温，然后进行离心清洗干燥处理，得到羟基磷灰石@镁-没食子酸纳米复合MOF材料；

步骤c.甲基丙烯酸化壳聚糖的制备

将壳聚糖溶于乙酸水溶液中，得到壳聚糖溶液，然后将甲基丙烯酸酐缓慢加入到壳聚糖溶液中，在40℃磁力搅拌下避光反应3h，得到反应液，将反应液置入12-14kDa透析袋中进行透析，将透析液进行真空冷冻干燥，得到甲基丙烯酸化壳聚糖；

步骤d.纳米复合金属有机框架MOF涂层的制备

将步骤a所得的具有多孔结构的聚醚醚酮基材浸没在含有步骤b所得的羟基磷灰石@镁-没食子酸纳米复合MOF和步骤c所得的甲基丙烯酸化壳聚糖混合溶液中，然后在保护气氛下将其置于光强为15-25mW/cm

进一步的，所述聚醚醚酮基材包括纯聚醚醚酮基材或聚醚醚酮复合基材。

进一步的，所述聚醚醚酮基材为通过紫外辐照途径进行接枝的聚醚醚酮基材。

进一步的，所述步骤b中，羟基磷灰石、氯化镁和没食子酸的比例按照质量百分比浓度为20:1:3.8。

进一步的，所述步骤d中，含有羟基磷灰石@镁-没食子酸纳米复合MOF和甲基丙烯酸化壳聚糖混合溶液与聚醚醚酮基材的比例为100-150μL/cm

进一步的，所述步骤d中，甲基丙烯酸化壳聚糖的质量百分比浓度为1-3wt%，羟基磷灰石@镁-没食子酸纳米复合MOF材料的质量百分比浓度为0.1-1wt%。

进一步的，一种制备方法制得的MOF涂层修饰的聚醚醚酮基材植入材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明所用的甲基丙烯酸化壳聚糖（CSMA）具有优异的亲水性能，生物相容性和高度的pH敏感性，赋予了材料pH依赖性，使得材料可以在不同pH下调控药物或生物功能粒子的释放行为；

（2）本发明所用的羟基磷灰石@镁-没食子酸纳米复合MOF材料（HAP@Mg-GA）是一种核壳结构的复合MOF材料，此纳米复合MOF材料不仅具有优异的成骨整合能力，而且它还能满足成血管和抗炎的需求；

（3）本发明所采用的制备方法的工艺简单，对仪器的要求不高，成本低，易于实现；

（4）通过本发明得到的植入材料具有成血管、抗炎和促成骨多种生物功能；

（5）通过本发明得到的植入材料性能优异，结构合理，能够满足大多数骨移植、骨固定、骨修复等临床应用的要求，尤其能够用于载荷情况下的骨移植。

附图说明

图1为HAP@Mg-GA纳米复合MOF材料的扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）示意图、HAP@Mg-GA和HAP的XRD图、HAP@Mg-GA的EDS图，其中，（a）为HAP@Mg-GA纳米复合MOF材料的扫描电镜（SEM），（b）HAP@Mg-GA纳米复合MOF材料的透射电镜（TEM）示意图，（c）为HAP@Mg-GA和HAP的XRD图，（d）为HAP@Mg-GA的EDS图。

图2为甲基丙烯酸化壳聚糖核磁H1谱图。

图3为SCP、MACS、HAP和MGH的红外谱图、SCP、MACS、HAP和MGH的EDS谱图，其中（a）为SCP、MACS、HAP和MGH的红外谱图，（b）为SCP、MACS、HAP和MGH的EDS谱图。

图4是经过实施例1中所获不同样品的表面扫描电镜（SEM）示意图。

图5是实施例1得到的不同样品表面的亲水性图。

图6是经过实施例1得到的不同样品的Ca

图7是经过实施例1得到的不同样品的体外矿化7天后的扫描电镜（SEM）示意图。

图8是经过实施例1得到的不同样品的rBMSCs细胞粘附实验的结果。

图9是经过实施例1得到的不同样品的rBMSCs细胞增殖实验的结果。

图10是经过实施例1得到的不同样品的rBMSCs细胞成骨分化的实验结果：不同样品材料上的碱性磷酸酶（ALP）和茜素红（ARS）染色图。

图11是经过实施例1得到的不同样品的成血管性能的结果。

图12是经过实施例1得到的不同样品对LPS诱导的RAW264.7细胞炎症影响的实验结果。其中LPS为只用100ng/mL的LPS培养细胞；LPS+SCP为实施例1中的SCP和100ng/mL的LPS同时培养细胞；LPS+MACS为实施例1中的MACS和100ng/mL的LPS同时培养细胞；LPS+HAP为实施例1中的HAP和100ng/mL的LPS同时培养细胞；LPS+MGH为实施例1中的MGH和100ng/mL的LPS同时培养细胞。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

实施例1

该实施例提供了一种MOF涂层修饰的聚醚醚酮基材植入材料的制备方法，具体包括以下步骤：

S1.将碳纤维增强聚醚醚酮复合材料裁切成直径为8mm、厚为2mm的圆片，并依次经丙酮、乙醇、去离子水进行超声清洗3次（每次30min）后，再置于60℃的真空干燥箱中干燥并储存备用，得到预处理后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料（CFRPEEK）。

其中，上述碳纤维增强聚醚醚酮复合材料是取自发明专利（申请号201710504295.X，发明名称：碳纤维长纤增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法）所制备的长碳纤维增强聚醚醚酮，其中碳纤维:聚醚醚酮=30:70（wt%）。其具体的制备步骤分为两部分：三维（3D）针刺毡预制件的制作和真空熔融热压成型。在3D针刺毡预制件的过程中，聚醚醚酮复丝由熔体指数为42g/10min纺丝级PEEK专用料经高温熔融纺丝机（北京涩谷设备有限公司，中国）纺丝而成。将得到的PEEK纤维和碳纤维（T700-24K，Toray，Japan）分别用纤维切割机切成40mm。然后将70％PEEK纤维和30％碳纤维洗涤，混合，梳理，铺设和针刺以制备碳纤维增强聚醚醚酮复合针刺毡预制件。在真空熔融热压成型的过程中，将碳纤维增强聚醚醚酮针刺毡预制件切成模具尺寸，然后放入真空热压机中，经过加热-加压-饱和-冷却模塑过程，最后通过脱模获得碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。该碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的弹性模量为18-20GPa与人体的皮质骨的弹性模量一致，这将减轻其植入人体后与人体骨骼之间的弹性失配导致的应力屏蔽引起的骨质疏松和骨吸收的风险。此外，该碳纤维增强聚醚醚酮还具有各向同性；

S2.将上述碳纤维增强聚醚醚酮复合材料浸没在质量浓度为98%浓硫酸中，在磁力搅拌器上反应3min，转速设为500rpm/min，快速取出置于去离子水中以终止反应，然后依次在丙酮、去离子水中分别进行清洗10min，真空干燥，得到具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料（命名为SCP）；

S3.将1g的纳米羟基磷灰石超声分散到100mL的去离子水中，随后用10M的KOH水溶液调节pH在8-9之间。将0.19g没食子酸和0.05g氯化镁分别加入到纳米羟基磷灰石分散液中。经过10min超声分散均匀后，将混合液置于三颈烧瓶中回流搅拌，于120℃反应24h，冷却至室温，然后进行高速离心处理，取HAP@Mg-GA沉淀物。将沉淀物分别用去离子水、无水乙醇洗三次，超声分散，并以10000rpm高速离心回收，最后在60℃的真空烘箱中干燥24h得到棕褐色的核壳结构的羟基磷灰石@镁-没食子酸纳米复合MOF材料（HAP@Mg-GA）；

S4.将3g壳聚糖溶于200mL的4%（v/v）乙酸溶液中，在40℃下磁力搅拌至壳聚糖完全溶解。然后，将16mL的甲基丙烯酸酐缓慢加入到壳聚糖溶液中，在40℃下磁力搅拌下避光反应3h。在停止反应后，将反应液置入12-14kDa的透析袋中，在去离子水中透析7天，期间要经常换水。将透析液在真空冷冻干燥机中干燥得到甲基丙烯酸化壳聚糖（CSMA）；

S5.在避光条件下，将上述具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料按100μL/cm2的比例浸入到质量分数为3wt%的CSMA溶液中，在室温下静置15-30min使得具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料与CSMA溶液充分接触，在保护气氛下，将上述浸没在溶液中的具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料（SCP）放置在波长为365nm，光强为15mW/cm

按照同样的方法，在避光条件下，将上述具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料按100μL/cm

按照同样的方法，在避光条件下，将上述具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料按100μL/cm

上述CSMA溶液的配制方法具体包括以下步骤：在避光条件下，将CSMA按照3wt%的浓度配制水溶液，在室温下磁力搅拌至其溶解，即得到CSMACSMA溶液。

上述CSMA/HAP混合溶液的配制方法具体包括以下步骤：在避光条件下，将羟基磷灰石按照0.5wt%的浓度加入到配制好的3wt%CSMA水溶液中，为了使羟基磷灰石均匀的混合到CSMA水溶液中，将混合溶液先超声分散30min再在室温下磁力搅拌8h，即得到CSMA/HAP混合溶液。

上述CSMA/HAP@Mg-GA混合溶液的配制方法具体包括以下步骤：在避光条件下，将HAP@Mg-GA按照0.5wt%的浓度加入到配制好的3wt%CSMA水溶液中，为了使HAP@Mg-GA均匀的混合到CSMA水溶液中，将混合溶液先超声分散30min再在室温下磁力搅拌8h，这样就得到了CSMA/HAP@Mg-GA混合溶液。

由图1可见，（a）扫描电镜示意图和（b）透射电镜示意图都观察到了针棒状的HAP@Mg-GA并且观察到了HAP@Mg-GA的核壳结构，这说明成功制备了核壳结构的HAP@Mg-GA纳米复合MOFs材料；（c）HAP@Mg-GA和HAP的XRD图中HAP@Mg-GA的谱图与HAP能够很好的匹配，同时（d）HAP@Mg-GA的EDS图还观察到了HAP的特征元素Ca、P，氯化镁的特征元素Mg、GA的特征元素C，这说明成功制备了HAP@Mg-GA纳米复合MOF材料。

由图2可知，5.6ppm和6.0ppm处检测到亚甲基的峰，表明壳聚糖被甲基丙烯酸化。

由图3可见，（a）从SCP、MACS、HAP和MGH的红外谱图可以看出除了SCP以外其他样品组都检测到了有甲基丙烯酸化壳聚糖的峰，这说明甲基丙烯酸化壳聚糖水凝胶已经成功负载到SCP表面上，（b）MGH的EDS谱图与SCP、MACS和HAP相比除了有C、N、O、Ca、P峰外，还检测到了Mg元素的峰，说明了在SCP表面已经成功负载上了CSMA/HAP@Mg-GA。

由图4可见，SCP表面具有明显的三维多孔结构，而MACS、HAP、MGH具有水凝胶网络，并且在HAP和MGH的表面中观察到掺入的纳米颗粒。

如图5所示，MACS、HAP、MGH都较SCP的亲水性能力要强。

实施例2

该实施例提供了一种MOF涂层修饰的聚醚醚酮基材植入材料的制备方法，具体包括以下步骤：

S1.将碳纤维增强聚醚醚酮复合材料裁切成直径为8mm、厚为2mm的圆片，并依次经丙酮、乙醇、去离子水进行超声清洗6次（每次30min）后，再置于60℃的真空干燥箱中干燥并储存备用，得到预处理后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料（命名为CFPEEK）。其中，上述碳纤维增强聚醚醚酮复合材料与上述实施例1的来源相同；

S2.将上述碳纤维增强聚醚醚酮复合材料浸没在质量浓度为98%浓硫酸中，在磁力搅拌器上反应3min，转速设为500rpm/min，快速取出置于去离子水中以终止反应，然后依次在丙酮、去离子水中分别进行清洗20min，真空干燥，得到具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料（命名为SCP）；

S3.将1g的纳米羟基磷灰石超声分散到100mL的去离子水中，随后用10M的KOH水溶液调节pH在8-9之间。将0.19g没食子酸和0.05g氯化镁分别加入到纳米羟基磷灰石分散液中。经过10min超声分散均匀后，将混合液置于三颈烧瓶中回流搅拌，于120℃反应24h，冷却至室温，然后进行高速离心处理，取HAP@Mg-GA沉淀物。将沉淀物分别用去离子水、无水乙醇洗三次，超声分散，并以10000rpm高速离心回收，最后在60℃的真空烘箱中干燥24h得到棕褐色的核壳结构的羟基磷灰石@镁-没食子酸纳米复合MOF材料（HAP@Mg-GA）；

S4.将3g壳聚糖溶于200mL的4%（v/v）乙酸溶液中，在40℃下磁力搅拌至壳聚糖完全溶解。然后，将16mL的甲基丙烯酸酐缓慢加入到壳聚糖溶液中，在40℃下磁力搅拌下避光反应3h。在停止反应后，将反应液置入12-14kDa的透析袋中，在去离子水中透析7天，期间要经常换水。将透析液在真空冷冻干燥机中干燥得到甲基丙烯酸化壳聚糖（CSMA）；

S5.在避光条件下，将上述具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料按125μL/cm2的比例浸入含有CSMA/HAP@Mg-GA水凝胶前体液(HAP@Mg-GA:0.1wt%,CSMA:1wt%)中，在室温下静置15-30min使得具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料与CSMA/HAP@Mg-GA混合溶液充分接触，在保护气氛下，将上述浸没在溶液中的具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料（SCP）放置在波长为365nm，光强为20mW/cm

上述CSMA溶液的配制方法具体包括以下步骤：在避光条件下，将CSMA按照1wt%的浓度配制水溶液，在室温下磁力搅拌至其溶解，即得到CSMACSMA溶液。

上述CSMA/HAP@Mg-GA混合溶液的配制方法具体包括以下步骤：在避光条件下，将HAP@Mg-GA按照0.1wt%的浓度加入到配制好的1wt%CSMA水溶液中，为了使HAP@Mg-GA均匀的混合到CSMA水溶液中，将混合溶液先超声分散30min再在室温下磁力搅拌8h，即得到CSMA/HAP@Mg-GA混合溶液。

实施例3

该实施例提供了一种MOF涂层修饰的聚醚醚酮基材植入材料的制备方法，具体包括以下步骤：

S1.将碳纤维增强聚醚醚酮复合材料裁切成直径为8mm、厚为2mm的圆片，并依次经丙酮、乙醇、去离子水进行超声清洗6次（每次30min）后，再置于60℃的真空干燥箱中干燥并储存备用，得到预处理后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料（命名为CFPEEK）。其中，上述碳纤维增强聚醚醚酮复合材料与上述实施例1的来源相同；

S2.将上述碳纤维增强聚醚醚酮复合材料浸没在质量浓度为98%浓硫酸中，在磁力搅拌器上反应3min，转速设为500rpm/min，快速取出置于去离子水中以终止反应，然后依次在丙酮、去离子水中分别进行清洗30min，真空干燥，得到具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料（命名为SCP）；

S3.将1g的纳米羟基磷灰石超声分散到100mL的去离子水中，随后用10M的KOH水溶液调节pH在8-9之间。将0.19g没食子酸和0.05g氯化镁分别加入到纳米羟基磷灰石分散液中。经过10min超声分散均匀后，将混合液置于三颈烧瓶中回流搅拌，于120℃反应24h，冷却至室温，然后进行高速离心处理，取HAP@Mg-GA沉淀物。将沉淀物分别用去离子水、无水乙醇洗三次，超声分散，并以10000rpm高速离心回收，最后在60℃的真空烘箱中干燥24h得到棕褐色的核壳结构的羟基磷灰石@镁-没食子酸纳米复合MOF材料（HAP@Mg-GA）；

S4.将3g壳聚糖溶于200mL的4%（v/v）乙酸溶液中，在40℃下磁力搅拌至壳聚糖完全溶解。然后，将16mL的甲基丙烯酸酐缓慢加入到壳聚糖溶液中，在40℃下磁力搅拌下避光反应3h。在停止反应后，将反应液置入12-14kDa的透析袋中，在去离子水中透析7天，期间要经常换水。将透析液在真空冷冻干燥机中干燥得到甲基丙烯酸化壳聚糖（CSMA）；

S5.在避光条件下，将上述具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料按100μL/cm2的比例浸入含有CSMA/HAP@Mg-GA水凝胶前体液(HAP@Mg-GA:1wt%,CSMA:2wt%)中，在室温下静置15-30min使得具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料与CSMA/HAP@Mg-GA混合溶液充分接触，在保护气氛下，将上述浸没在溶液中的具有多孔结构的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料（SCP）放置在波长为365nm，光强为25mW/cm

上述CSMA溶液的配制方法具体包括以下步骤：在避光条件下，将CSMA按照2wt%的浓度配制水溶液，在室温下磁力搅拌至其溶解，即得到CSMACSMA溶液。

上述CSMA/HAP@Mg-GA混合溶液的配制方法具体包括以下步骤：在避光条件下，将HAP@Mg-GA按照1wt%的浓度加入到配制好的2wt%CSMA水溶液中，为了使HAP@Mg-GA均匀的混合到CSMA水溶液中，将混合溶液先超声分散30min再在室温下磁力搅拌8h，即得到CSMA/HAP@Mg-GA混合溶液。

实施例4

为了评估实施例1改善得到的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的Ca

（1）将实施例1得到的HAP和MGH两组样品分别浸没到2mL的pH=5.5、6.5和7.5的PBS溶液中，并将其置于37℃的恒温摇床中；

（2）在1、3、5、7、14、21天吸出缓释液并重新加入2ml的新鲜的PBS溶液；

（3）用电感耦合等离子体光谱仪测定Ca

由图6可知，改善得到的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料中的Ca

实施例5

为了评估实施例1改善得到的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的体外矿化的能力，利用模拟体液（SBF,pH=7.4）来评估复合材料的体外矿化能力。具体操作方法如下：

（1）将实施例1得到的不同的样品浸没到2mL的模拟体液中，将其置于37℃的恒温摇床中，每两天更换一次模拟体液。

（2）7天后，将样品从溶液中移出并用去离子水清洗2-3次并利用真空冷冻干燥机中冻干。

（3）通过扫描电镜（SEM）来确定样品的的体外矿化情况，结果如图6所示。

由图7可知，MGH的体外矿化能力（即表面形成的球形颗粒）要优于其它三组的。所以，经CSMA/HAP@Mg-GA改性后的浓硫酸处理的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料具有优异的体外矿化能力。

实施例6

采用大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）体外培养实验评估经上述实施例1改善得到的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的细胞粘附。利用扫描电子显微镜观察rBMSCs在复合材料上的粘附。具体操作方法如下：

（1）将3×104的rBMSCs在灭菌后的复合材料上培养了1天后，取出样品，用PBS轻柔冲洗3次，每次10min；

（2）样品用2.5%的戊二醛，在4℃环境下固定2h以上；

（3）将样品用去离子水冲洗15min；

（4）乙醇梯度脱水（10，30，50，70，90，95，100%）干燥过夜；

（5）样品表面喷金处理后，通过扫描电子显微镜观察rBMSCs在复合材料上的生长情况，结果如图8所示。

由图8可知，SCP上的rBMSCs细胞伪足较小，可以看见细胞，但形态一般。MACS上的rBMSCs细胞伪足较长，细胞粘附更好。HAP和MGH上的rBMSCs延展更好并且更容易生长成片，与SCP相比，改性后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料更有利于细胞的生长。

实施例7

采用大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）体外培养实验评估经上述实施例1改善得到的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的细胞增殖。利用CellCountingKit（CKK-8，Beyotime,Shanghai,China）试剂盒检测细胞在材料表面的增殖情况。具体操作方法如下：

（1）在48孔培养板中，将3×104的rBMSCs接种到灭菌后的不同样品的表面。

（2）将细胞培养板放入5%CO2饱和湿度的细胞培养箱中37℃培养，每2-3天换一次细胞培养液。

（3）细胞培养1、4和7天后，吸去原细胞培养液,加入200μL含有10%CKK-8溶液的新的培养液，将培养板置于培养箱中培养2h后，从每孔取出100μL培养液放入96孔板中。

（4）利用酶标仪（iMark，Bio-Rad,USA），测量各孔在450nm波长下的吸光度值，结果如图9所示。

由图9可知SCP的吸光度最低，而其它三组材料表面细胞的增殖情况明显要好于SCP，并且MGH组有最好的细胞增殖效果，这表明经CSMA/HAP@Mg-GA改性后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料具有较好的生物相容性。（*表示与SCP相比时P<0.05）

实施例8

采用大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）体外培养实验评估经上述实施例1改善得到的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的成骨分化能力。具体操作方法如下：

（1）在48孔培养板中，将3×104的rBMSCs接种到灭菌后的不同样品的表面。

（2）将细胞培养板放入5%CO2饱和湿度的细胞培养箱中37℃培养24h达到细胞贴壁后，细胞培养基更换为含有成骨诱导液的DMEM培养基(成骨诱导液：10％胎牛血清培养液中加入50μM维生素C，10mMβ-甘油磷酸钠和100nM地塞米松)；此后，每隔两天换液。

（3）细胞培养7和14天后进行碱性磷酸酶（ALP）染色评价大鼠骨髓间充质干细胞成骨细胞早期分化及21天后进行茜素红染色评价细胞外基质矿化即成骨晚期分化标志。

碱性磷酸酶染色：各组材料与rBMSCs共培养7天和14天后，移去成骨培养基，取出各组样品，根据ALP染色试剂盒(碧云天)说明书进行ALP染色：PBS轻洗3次后，放入固定液4℃固定30min；PBS再次轻洗3次，加入工作液并置于37℃水浴箱45min；最后，吸去工作液，PBS冲洗3次后，干燥拍照。

茜素红染色：各组材料与rBMSCs共培养21天后，用茜素红染色观察细胞成骨细胞外基质矿化情况。培养21天后终止培养，吸去培养基并PBS轻洗3次后，固定液4℃固定30min，再轻洗3次；在48孔板中加入0.1％茜素红溶液，置37℃水浴箱45min；双蒸水反复轻洗去除多余染液，最后晾干拍照。

如图10所示，与SCP相比，其他三组的ALP染色颜色更深。并且在细胞培养14天以后，MGH组的ALP染色颜色最深，这表明CSMA/HAP@Mg-GA的改性的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料能够通过增强碱性磷酸酶的活性来促进成骨早期分化。

如图10所示的茜素红的染色结果：与SCP相比，其他三组的矿化结节形成更高，尤其是MGH有更明显的矿化结节，表明CSMA/HAP@Mg-GA的改性的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料能够显著促进细胞的晚期成骨分化。

实施例9

采用人脐静脉内皮细胞（HUVECs）体外培养实验评估经上述实施例1改善得到的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的成血管性能。利用基质胶Matrigel血管样网络结构形成来检测材料的成血管性能。具体操作方法如下：

（1）将基质胶Matrigel（BD）均匀铺在48孔板中，放置37℃培养箱凝聚；

（2）1h后，将内皮细胞以1×105cells/孔接种到基质胶表面；

（3）分别在上述接种孔板中加入实施例1得到的不同样品的无血清浸提液培养6h，用显微镜观察血管样网络结构的形成情况。

如图11所示，MGH组形成了明显的血管样网络结构，这说明经CSMA/HAP@Mg-GA的改性的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料具有良好的成血管性能。

实施例10

采用RAW264.7单核巨噬细胞体外培养实验评估经上述实施例1改善得到的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的抗炎性能。用活性氧检测试剂盒（ROSAssayKit）来检测材料对脂多糖（LPS）诱导细胞炎症的影响。具体操作方法如下：

（1）在含有血清的DMEM培养基中重悬RAW264.7，在6孔板中每孔接种5×104个细胞，并随机分配LPS组、LPS+SCP组、LPS+MACS组、LPS+HAP组和LPS+MGH组；

（2）将细胞培养24h后，收集细胞，以1：1000的比例稀释无血清DMEM培养基，使DCFH-DA的最终浓度为10μM，并用准备好的试剂重悬细胞。在37℃下孵育20分钟后，每5分钟倒置并充分混合一次；

（3）冲洗三次，以除去细胞外剩余的DCFH-DA。最后，将细胞重悬于0.5mL无血清细胞培养液中并用荧光显微镜进行观察，拍照，结果如图11所示。

由图12可知，LPS+MGH组的ROS生成显著减少，表明MGH可以通过减少胞内ROS含量，从而保护RAW264.7，进一步说明了CSMA/HAP@Mg-GA改性后的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料具有优异的抗炎性能。

本发明的工作原理是：

该MOF涂层修饰的聚醚醚酮基材植入材料的制备方法，所用的甲基丙烯酸化壳聚糖（CSMA）具有优异的亲水性能，生物相容性和高度的pH敏感性，赋予了材料pH依赖性，使得材料可以在不同pH下调控药物或生物功能粒子的释放行为；本发明所用的羟基磷灰石@镁-没食子酸纳米复合MOF材料（HAP@Mg-GA）是一种核壳结构的复合MOF材料，此纳米复合MOF材料不仅具有优异的成骨整合能力，而且它还能满足成血管和抗炎的需求；本发明所采用的制备方法的工艺简单，对仪器的要求不高，成本低，易于实现；通过本发明得到的植入材料具有成血管、抗炎和促成骨多种生物功能；通过本发明得到的植入材料性能优异，结构合理，能够满足大多数骨移植、骨固定、骨修复等临床应用的要求，尤其能够用于载荷情况下的骨移植。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些均不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。