二硫化モリブデンをポリエーテルエーテルケトンに組み込むことで、機械的性能、トライボロジー性能、細胞適合性を向上させた人工関節用のバイオコンポジットが得られた

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Colloids Surf B Biointerfaces.2020 May;189:110819. S0927-7765(20)30049-7. doi: 10.1016/j.colsurfb.2020.110819.Epub 2020-01-21.

二硫化モリブデンをポリエーテルエーテルケトンに組み込むことで、機械的性能、トライボロジー性能、細胞適合性を向上させた人工関節用のバイオコンポジットが得られた

Incorporation of molybdenum disulfide into polyetheretherketone creating biocomposites with improved mechanical, tribological performances and cytocompatibility for artificial joints applications.

Xinke Lv
Xuehong Wang
Songchao Tang
Dongliang Wang
Lili Yang
Axiang He
Tingting Tang
Jie Wei

PMID: 32023509 DOI: 10.1016/j.colsurfb.2020.110819.

抄録

人工関節用ポリエーテルエーテルエーテルケトン(PEEK)の機械的、トライボロジー的、生物学的性能を向上させるために、二硫化モリブデン(MoS, MS)ナノシートをPEEKに組み込み、MS含有率が4w%(MPC4)と8w%(MPC8)のMS/PEEKバイオコンポジット(MPC)を作製した。その結果、サイズ約400nm,シート厚約70nmのMSナノシートがPEEKマトリックス中に分散し、MS含有量の増加に伴って表面粗さと親水性が増加することが明らかになった。また、MPCの圧縮強度とショア硬度も向上した。さらに、MPCの摩擦係数は減少し、耐摩耗性はMS含有量の増加に伴い増加した。また，ラット骨髄由来の間質細胞がMPCに付着・増殖し，細胞の挙動に悪影響を及ぼさないことを示した．この結果から、MSナノシートをPEEKに組み込むことで、機械的、トライボロジー的、生物学的性能が改善されたバイオコンポジットが得られることが示された。細胞毒性のないMPC8は、人工関節への応用に大きな可能性を秘めていると考えられる。

To improve mechanical, tribological and biological performances of polyetheretherketone (PEEK) for artificial joints applications, molybdenum disulfide (MoS, MS) nanosheets were incorporated into PEEK to fabricate MS/PEEK biocomposites (MPC) with MS content of 4 w% (MPC4) and 8 w% (MPC8). The results revealed that the MS nanosheets with the size of about 400 nm and sheet thickness of about 70 nm were distributed into PEEK matrix, and surface roughness as well as hydrophilicity of MPC increased with the MS content increasing. Moreover, the compressive strength and shore hardness of the MPC were accordingly enhanced. Furthermore, the coefficient of friction of the MPC decreased while the wear resistance of the MPC increased with the MS content increasing in both water-sliding and dry-sliding contact. In addition, rat bone marrow derived stromal cells adhered and proliferated on the composites, indicating that the MPC had no adverse influences on cell behaviors, indicating good cytocompatibility. The results demonstrated that incorporation of MS nanosheets into PEEK produced biocomposites with improved mechanical, tribological and biological performances. MPC8 with no cytotoxicity would have a great potential for artificial joints applications.