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摘要：聚醚醚酮（PEEK）具有化学稳定性强、耐热等级高、生物相容性好、接近密质骨的机械性能，已成为生物医学领域研究的焦点。因其弹性模量低、质量轻、刚性好、易打磨、可塑性强，同时可避免患者对金属过敏，更适用于口腔修复材料。本文对PEEK材料在口腔种植及义齿修复领域中的应用情况、存在的问题及目前最新的研究进展进行了综述。
关键词：聚醚醚酮；复合材料；口腔种植体；义齿修复
本文引用格式：潘硕,郭晓恒.聚醚醚酮在口腔种植体及义齿修复领域的研究进展[J].世界最新医学信息文摘,2019,19(84):40-42+44.
Research Progress of Polyether Ether Ketone in Dental Implants and Denture Restoration
PAN Shuo 1,GUO Xiao-heng 2
(1.Assistant Researcher,Medical Device Technology Review Center,State Drug Administration,Beijing,100081;2.Internship Researcher,Medical Device Technology Review Center,State Drug Administration,Beijing,100081）
ABSTRACT：Polyether ether ketone(PEEK)has become focus of biomedical research for its strong chemical stability,high heat resistance,good biocompatibility and mechanical properties close to compact bone.It is more suitable for dental restorative materials for its low elasticity modulus,light weight,good rigidity,easy grinding,strong plasticity,and no metal allergy for patients.The paper reviews application of PEEK in dental implant and restoration,existing problems and latest research progress.
KEY WORDS：Polyether ether ketone;Composite materials;Dental implants;Denture restoration
0引言
聚醚醚酮（PEEK）是一种半结晶的有机高分子化合物，由英国ICI公司于1977年成功开发，后被英国Victrex公司实现工业化。目前PEEK已在航空航天、汽车制造业、电子电气、食品加工业等领域得到广泛的应用。在许多特殊领域，PEEK可以替代金属、陶瓷等传统材料。早在20世纪90年代末，PEEK就成为整形及创伤外科首选的高性能材料用来替代传统的金属材料。PEEK复合材料的弹性模量较低，接近人体骨骼。其可塑性强，可以很通过共混、纤维复合等方法改善性能，满足不同的修复需求。PEEK还具有化学稳定性强、突出的耐热、耐摩擦等性能。随着研究的深入，PEEK及其复合材料逐渐成为替代传统修复材料的新型口腔科材料[1-2]。
1PEEK材料的性能介绍
物理性能。PEEK是一种人工合成的高分子材料，已应用于骨科多年。PEEK单体通过双酚盐的逐步二烷基化反应形成PEEK。PEEK的一种常见合成方式是在极性溶剂（如二苯基砜）中，300℃下，4，40-二氟二苯甲酮与对苯二酚二钠盐反应。它是一种熔点在335℃左右的半结晶材料。
1.1.1可调节的弹性模量：根据沃尔夫定律[4]，植入体的弹性模量与周围骨骼的弹性模量越接近越利于骨愈合。纯PEEK材料的弹性模量（3-4 GPa）低于皮质骨的弹性模量（18 GPa）[5]，但通过加入一些无机粒子，学者们可制造出与皮质骨的弹性模量相近的PEEK复合材料，如碳纤维增强的PEEK复合材料和玻璃纤维增强的PEEK复合材料。这样可有效缓解“应力遮蔽效应”，骨骼会更健康长久[6]。
1.1.2射线可穿透性：与金属相比，临床上进行X射线、MRI和CT检查时，PEEK材料的X光片无伪影，具有良好的射线透射性；且不需要拆除，便于手术进行、术后跟踪愈合过程，并且可对骨生长和愈合进行有效监控。此外，PEEK的拉伸性能也类似于骨骼和牙本质，PEEK及其复合材料还具有较高的强度，甚至可以与氧化锆陶瓷媲美，优势突出。此外，PEEK还具有优异的耐蠕变、耐热老化以及耐摩擦、耐水分解等特点[7]，其耐磨特性与釉质相近。
1.2化学性能。PEEK单体中有两个醚键、一个羰基和三个苯环结构，化学性能十分稳定，可以耐受除浓硫酸以外的其他任何化学试剂的腐蚀[8]。PEEK的分子链中含有大量的苯环，所以其耐热性可以和聚酰亚胺相提并论，有研究表明，PEEK能在200℃的情况下长期使用且自身性能不受影响。此外，PEEK可阻抗很高的电子束辐射和γ射线，这对于头颈部需要放疗的患者来说有重要价值。
1.3生物安全性。可靠的生物安全性是任何材料应用于口腔修复的首要条件。Katzer等的体外实验中，将PEEK的氯仿或乙醇提取物与人体组织相接触，结果未发现PEEK对人体组织有毒性或致突变性[9]。Wenz等在体外研究中也未发现短碳纤维增强的PEEK可导致小鼠成纤维细胞发生细胞裂解[10]。Scholes等发现，碳纤维增强的PEEK复合材料在植入动物体内后所产生的磨损粒子不会对动物造成不利的组织反应[11]。Morrison等在体外测试的结果表明，PEEK未对成纤维细胞及成骨细胞产生细胞毒性且能够增加成骨细胞蛋白的含量[12]。当然，临床层面的研究有待进一步证明PEEK及其复合材料的生物安全性。
1.4潜在的抑菌性。口腔感染目前被认为是种植体失败的主要原因。种植体表面的细菌黏附、增殖并形成生物膜会引起种植体周围发炎，进而导致种植体松动、脱落，所以理想的口腔种植体材料应具有一定的抗菌性。Rochford等发现改性后的PEEK复合材料其表面形状和化学成分发生了改变，但其细菌黏附量并未增加[13]。何舒等分别以纯PEEK和纯钛作为对照组，结果发现两种PEEK复合材料表面的细菌定植量均比纯钛低，这都提示了PEEK基复合材料可能具有潜在的抑菌性[14]。关于PEEK抑菌性的研究仍在继续。
2在口腔种植领域及义齿修复领域的研究进展
2.1作为口腔种植体材料。纯钛一直是口腔种植体的重要选择，但是纯钛存在的一些问题也让研究人员不得不重新寻找更优的替代品，比如，一些患者对钛过敏；钛透射性差，影响美观；造价贵；钛种植体与其周围骨的弹性模量有一定梯度差异，这会引起种植体周围骨的吸收。
目前，PEEK复合材料作为种植体仍处于体内外的研究阶段。它的弹性模量可通过加入无机粒子接近皮质骨的弹性模型，这为作为种植体的材料提供了很大的优势。同时，提高PEEK牙科种植体的生物活性并且不损坏其机械性能是一项重大挑战。近年来，纳米盐涂层的PEEK复合材料获得大量关注，因其可提高PEEK的生物活性和骨传导性能。周立伟等人对纳米羟基磷灰石/聚醚醚酮（n-HA/PEEK）复合种植体的受力情况进行了三维有限元分析，结果表明，n-HA/PEEK材料可将种植体所受的负荷以应力的形式传递到周围的骨组织中去，有利于保持骨结合面的长期稳定 。Barkarmo等将带有n-HA涂层的PEEK材料植入到兔子股骨内，6周后发现涂层组的平均骨接触率更高，结果表明经nHA涂层的PEEK材料对骨形成有改善作用[16]。除了n-HA/PEEK复合种植体外，纳米硅酸盐PEEK复合体[17]、纳米氟磷灰石PEEK复合体[18]和纳米 TiO2/PEEK[19]等复合材料也能大大提升PEEK的生物活性，这类研究也陆续进行。纤维增强的PEEK材料作为牙种植体时，同时具备理想的弹性模量和必要的机械强度。Lee[4]等发现直径为4 mm的玻璃纤维增强的PEEK植入体的静态抗压强度为256 N，可满足前牙种植要求。碳纤维增强的PEEK能同时满足前牙及后牙的种植要求。对碳纤维增强PEEK种植体的有限元分析（FEA）表明：此类种植体比钛引导的种植体应力遮挡更少。然而，由于PEEK牙科种植体尚未在临床广泛使用，还不知道PEEK和钛种植体周围的骨吸收在人类体内是否有差异。Schwitalla AD等测试了11种PEEK复合材料的弹性模量、弹性极限和压力强度，经测试所有材料似乎都适合用作种植牙，这为后续研究提供了更多的选择[20]。
2.2作为种植基台。目前已有PEEK种植基台成功用于临床，结果显示PEEK可作为种植体基台构建过程中钛的可行替代物。在一项随机对照的临床试验中，有16名患者缺失1颗后牙需要进行种植修复，他们分别采用了PEEK和钛愈合基台，在术后2周及3个月时对种植体周围的骨组织和基台周围的软组织进行临床评估，结果显示PEEK愈合基台没有增加边缘骨丧失和软组织退缩的风险[21]。Hahnel等探索不同种植基台表面的生物膜形成情况，结果显示，在实验室研究阶段，PEEK表面的生物膜形成与常规应用的基台材料，如：氧化锆、钛和聚甲基丙烯酸甲酯基台表面的生物膜形成是相等或更低的[22]。骨与PEEK表面的弹性模量的密切配合降低了应力遮挡效应并促进骨重塑。
2.3作为固定义齿用冠/桥。PEEK良好的生物相容性和机械性能，为其在固定义齿用冠/桥方面的应用提供了条件。据文献报道，前牙区修复体承受强度为300 N左右，后牙区所承受的的咬合力最大为600 N，而Stawarczyk等发现，由PEEK加工成的三单元固定桥修复体，当加载力达到1200 N时才会看到初始变形[23]，这说明PEEK的力学强度完全满足固定修复的需要。近期有两篇文献分别报道了此类方法在临床应用的可行性。Nikita Sinha等以PEEK为框架，纳米复合材料（SR Adoro?）和RelyX自固化树脂涂胶剂，为一个32岁的男子提供固定局部义齿（FPD）修复，修复后的2个月，3个月，6个月的随访显示，患者的牙菌斑积累很少，牙齿周围的牙龈健康，体现了实验材料良好的生物相容性。使用PEEK作为FPD的框架的经验得到了非常满意的结果，并且由于其重量轻，患者的舒适度和接受度都很高[24]。Panagiotis Zoidis及其同事为一位85岁高龄的女士进行全口牙的修复手术，以改性PEEK为骨架，热聚合义齿基托丙烯酸树脂复合制备的义齿，给此位对金属过敏的患者带来了良好的修复体验。特殊金属用于制造柱/顶部/球附件组件，以促进义齿的稳定性，患者的反馈良好[25]。
2.4作为可摘局部义齿。在临床应用中，可摘局部义齿仍是部分患者（受全身状况、颌骨条件、经济状况和心理因素等各方面的限制）牙列缺损和牙列缺失修复的主要治疗手段。利用PEEK计算机辅助设计和计算机辅助制造系统（CAD/CAM）可为患者制作义齿。Zoidis等用PEEK制作了可摘局部义齿（RPD）的支架和卡环[26]。金智文等利用数字化技术将PEEK制作成可摘义齿人工牙并采用体外实验的方法对比了PEEK树脂牙与两种临床常用的可摘义齿树脂人工牙（合成树脂牙，贺利氏古莎，德国；Endura塑钢牙，松风，日本）的耐磨性及硬度，结果表明PEEK树脂牙具有合适的硬度和良好的耐磨性 [27]。PEEK 的另一个应用是构建一个可移动闭孔。然而，与传统的丙烯酸义齿相比，我们需要更多的研究来评估PEEK闭孔器的有效性。到目前为止，对PEEK的探索尚处于体外研究阶段，我们期待更多的临床发现。
3PEEK材料的不足及改进方法
3.1生物活性。植入物的表面特性，包括润湿性、表面粗糙度和化学成分，是控制细胞与基体相互作用的重要因素。而PEEK的生物活性较差，本身具有高度的疏水性，这会限制其在生物医学领域的应用。研究人员通过PEEK的表面改性可有效改善其对细胞的黏附，目前PEEK表面改性的方法有等离子体处理、激光处理、紫外辐照以及湿化学法等。最近王笑及其同事首次通过电子束蒸发技术（EBE）对PEEK进行原位改性，成功将硅和锶两种活性元素引入PEEK表面，构建了稳定的改性层。将改性后的PEEK种植体材料植入骨质疏松大鼠的股骨内，结果发现经EBE改性的PEEK材料可明显提高植入后骨整合效果，同时促进血管化[28]。郑延延等人采用丙烯酸等离子体处理PEEK表面，间接引入具有生物活性的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)肽化学键合在PEEK表面，结果表明丙烯酸等离子体处理和RGD肽的修饰均改善了PEEK表面的亲水性，增加了其表面的粗糙度，改善其表面成骨细胞的黏附、铺展与增殖；同时未影响PEEK的拉伸强度及弯曲强度，他们同时发现RGD肽修饰的PEEK表面对于促进细胞黏附、铺展与增殖的效果明显优于等离子体羧基化的PEEK表面[29]。
3.2美学性能。PEEK的颜色白色偏灰，呈半透明状，如果直接用作口腔材料则会影响美观[27]，因此常在其表面粘结牙科树脂类材料来改善其美学性能。由于PEEK的表面能较低，PEEK与粘结剂之间的粘结强度低，而常规化学处理方法难以获得理想的粘接效果，因此提高PEEK的粘接性能，包括PEEK的表面处理方式以及粘结系统的选择，是改变其颜色的主要途径。
PEEK的表面处理方式除了上述的表面改性外，还有一种是表面粗化。表面粗化包括酸蚀、喷砂、二氧化硅涂层和硅烷化处理技术、低温等离子体处理技术等。经过表面处理后，PEEK表面的粗糙度增加，微孔形成，粘结剂便可以渗透到微孔中增强粘结效果[30-31]。甘抗等人研究了氮气等离子体注入改性对PEEK粘结强度的影响，结果发现，等离子体浸没、低脉冲和高脉冲的氮气等离子体浸没离子注入技术均能在一定程度上提高PEEK的粘结强度，其中高脉冲组效果最明显[32]。Schmidlin等研究发现，经过98%浓硫酸处理后，PEEK能产生一个高度多孔且可渗透的表面，粘结剂更容易渗透其中，从而提高粘结强度[33]。吴彧等研究发现，98%浓硫酸酸蚀与自酸蚀粘结剂均可提高PEEK与饰面树脂的粘结强度[34]。随着技术的更新，有关PEEK生物材料粘结性能的研究会不断取得新的进展。
4结论
PEEK材料以其与牙本质极其相似的力学性能、生物相容性好、可塑性强等诸多优点而越来越受到材料科研工作者的青睐，虽然目前PEEK材料还有一些局限性，但随着CAD/CAM数字加工技术、材料改性技术以及注塑技术的不断创新与发展，我们期待PEEK材料在口腔医学领域中拥有更广阔的应用。更多的创新结果需要进一步的研究和临床试验来证明其价值，从而用作未来的口腔器械。
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