Impact of rGO-coated PEEK and lattice on bone implant

• DOI: 10.1016/j.colsurfb.2022.112583
• Publication Date: 2022-05-17T17:36:11Z
• Authors: Bankole I. Oladapo; Sikiru O. Ismail; Omolayo M. Ikumapayi; Panagiotis G. Kar...
• Keywords: Composite material; Polymeric Scaffolds; Polyether ether ketone; Polymers; Biomedical Engineering; 02 engineering and technology; FOS: Medical engineering; Polyethylene Glycols; Benzophenones; Engineering; Bone growth; Osseointegration; Health Sciences; Nanotechnology; sub_mechanicalengineering; Polymer; Microstructure; Internal medicine; sub_healthsciences; FOS: Nanotechnology; Bone Tissue Engineering and Biomaterials; Biomedical Applications of Graphene Nanomaterials; Composite number; Implant; Ketones; Hip Arthroplasty Techniques and Materials; Materials science; Peek; Physical Sciences; Metallurgy; Medicine; Graphite; Surgery; Biocompatibility; Graphene; 0210 nano-technology; Biomedical engineering; Ethers

Le revêtement composite peut inhiber efficacement la prolifération bactérienne et favoriser l'expression des gènes de construction osseuse in vitro. Par conséquent, une nouvelle production a été utilisée pour produire des échafaudages de poly-éther-éther-cétone et d'oxyde de graphène réduit (PEEK-rGO) avec des rapports de 1 à 3%, combinant un réseau différent pour un implant osseux. Une méthode peu coûteuse a été développée pour préparer les nouveaux revêtements sur l'échafaudage PEEK avec de l'oxyde de graphène réduit (rGO). Des tests mécaniques, des analyses de données et des tests de culture cellulaire pour la caractérisation de l'échafaudage de biocompatibilité in vitro pour le composite PEEK ont été effectués. La nouvelle microanalyse de calcul de l'impression en quatre dimensions (4D) de la microstructure de PEEK-rGO concernant la taille des grains et la morphologie tridimensionnelle (3D) a été influencée par la segmentation en sillons de la croissance cellulaire des grains sur le composite, qui a été réduite d'une moyenne de 216-155 grains et augmentée à 253 grains le dernier jour. La cellule de nanoparticules sphériques proposée s'est développée avec le temps après la dispersion des nanoparticules de PEEK dans les grains d'hydroxyapatite de calcium (cHAp). Aussi, les essais mécaniques ont été réalisés pour valider la résistance des nouveaux composites et les comparer à celle d'un os naturel. Les échafaudages composites PEEK imprimés en 3D ont montré de manière significative le potentiel des implants osseux pour la réparation osseuse hétérogène biomimétique.<br/>يمكن للطلاء المركب أن يمنع بشكل فعال التكاثر البكتيري ويعزز التعبير عن جينات بناء العظام في المختبر. لذلك، تم استخدام إنتاج جديد لإنتاج سقالات بولي إيثر إيثر كيتون، وسقالات أكسيد الجرافين المختزلة (PEEK - rGO) بنسب 1-3 ٪، مع الجمع بين شبكة مختلفة لزراعة العظام. تم تطوير طريقة غير مكلفة لإعداد الطلاءات الجديدة على سقالة PEEK مع أكسيد الجرافين المختزل (rGO). تم إجراء الاختبارات الميكانيكية وتحليل البيانات واختبارات زراعة الخلايا لتوصيف سقالة التوافق الحيوي في المختبر لمركب PEEK. تأثر التحليل الدقيق الحسابي الجديد للطباعة رباعية الأبعاد (4D) للبنية المجهرية لـ PEEK - rGO فيما يتعلق بحجم الحبيبات والمورفولوجيا ثلاثية الأبعاد (3D) بتجزئة الأخاديد لنمو خلايا الحبوب على المركب، والتي انخفضت من متوسط 216-155 حبة وزادت إلى 253 حبة في اليوم الأخير. نمت خلية الجسيمات النانوية الكروية المقترحة مع مرور الوقت بعد الجسيمات النانوية PEEK المشتتة في حبيبات هيدروكسي أباتيت الكالسيوم (cHAp). كما تم إجراء الاختبارات الميكانيكية للتحقق من قوة المواد المركبة الجديدة ومقارنتها بعظام طبيعية. أظهرت سقالات PEEK المركبة المطبوعة ثلاثية الأبعاد بشكل كبير إمكانات زراعة العظام لإصلاح العظام غير المتجانسة بالمحاكاة الحيوية.<br/>El recubrimiento compuesto puede inhibir eficazmente la proliferación bacteriana y promover la expresión de genes de formación ósea in vitro. Por lo tanto, se utilizó una nueva producción para producir poli-éter-éter-cetona y andamios de óxido de grafeno reducido (PEEK-rGO) con proporciones de 1-3%, combinando una red diferente para un implante óseo. Se desarrolló un método económico para preparar los nuevos recubrimientos en el andamio PEEK con óxido de grafeno reducido (rGO). Se realizaron pruebas mecánicas, análisis de datos y pruebas de cultivo celular para la caracterización de andamios de biocompatibilidad in vitro para el compuesto PEEK. El nuevo microanálisis de cálculo de la impresión en cuatro dimensiones (4D) de la microestructura de PEEK-rGO en relación con el tamaño de grano y la morfología tridimensional (3D) se vio influenciado por la segmentación de surcos del crecimiento celular de granos en el compuesto, que se redujo de un promedio de 216-155 granos y aumentó a 253 granos en el último día. La célula de nanopartículas esféricas propuesta creció con el tiempo después de dispersar las nanopartículas de PEEK en granos de hidroxiapatita de calcio (cHAp). Asimismo, se realizaron los ensayos mecánicos para validar la resistencia de los nuevos composites y compararlos con la de un hueso natural. Los andamios compuestos PEEK impresos en 3D establecidos mostraron significativamente el potencial de los implantes óseos para la reparación ósea heterogénea biomimética.<br/>The composite coating can effectively inhibit bacterial proliferation and promote the expression of bone-building genes in-vitro. Therefore, a novel production was used to produce poly-ether-ether-ketone, and reduced graphene oxide (PEEK-rGO) scaffolds with ratios of 1-3%, combining a different lattice for a bone implant. An inexpensive method was developed to prepare the new coatings on the PEEK scaffold with reduced graphene oxide (rGO). Mechanical testing, data analysis and cell culture tests for in-vitro biocompatibility scaffold characterisation for the PEEK composite were conducted. Novel computation microanalysis of four-dimensional (4D) printing of microstructure of PEEK-rGO concerning the grain size and three dimensional (3D) morphology was influenced by furrow segmentation of grains cell growth on the composite, which was reduced from an average of 216-155 grains and increased to 253 grains on the last day. The proposed spherical nanoparticles cell grew with time after dispersed PEEK nanoparticles in calcium hydroxyapatite (cHAp) grains. Also, the mechanical tests were carried out to validate the strength of the new composites and compare them to that of a natural bone. The established 3D-printed PEEK composite scaffolds significantly exhibited the potential of bone implants for biomimetic heterogeneous bone repair.<br/>