醫(yī)療：PEEK相較金屬植入物的優(yōu)勢與不足

來源：3D打印技術(shù)參考

不銹鋼,、鈦及其合金等傳統(tǒng)的硬組織植入金屬材料因具有較高的力學(xué)強度,、良好的生物相容性和耐疲勞性等優(yōu)異性能,，在硬組織修復(fù)與替換領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用,。但這些傳統(tǒng)金屬植入材料的彈性模量遠遠高于骨組織,，難以形成合理的梯度強度，患者在遭受特殊外力后會損傷周圍的正常器官,，最終造成植入失敗,，即產(chǎn)生所謂的“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng),。

第一個植入3D打印鈦合金髖關(guān)節(jié)的患者已經(jīng)10年

此外,，金屬植入體可能釋放出有害的金屬離子，造成骨質(zhì)溶解或形成變應(yīng)原,；且金屬植入體與常用的核磁共振成像,、計算機斷層掃描技術(shù)不相容，不利于對骨生長及愈合進行監(jiān)控,。

熱塑性特種工程塑料PEEK的化學(xué)結(jié)構(gòu)特性賦予了其優(yōu)良的機械性能,、良好的生物相容性、耐化學(xué)性,、易加工及可重復(fù)消毒等優(yōu)異特性,。自20世紀80年代開始，便受到材料學(xué)研究者和骨科學(xué)研究者越來越高的重視,，有可能替代金屬材料應(yīng)用在硬組織修復(fù)與替換領(lǐng)域,。隨著3D打印應(yīng)用的深入，PEEK獲得了更多關(guān)注,。

PEEK顱骨和椎間植入物

PEEK 替代金屬植入物的優(yōu)勢
與金屬植入物相比,，PEEK 具有兩個突出的優(yōu)勢。
第一,，PEEK的彈性模量與皮質(zhì)骨彈性模量接近,，尤其是碳纖維增強PEEK的彈性模量與皮質(zhì)骨彈性模量更為匹配,。這種接近或匹配的彈性模量一定程度上減弱或消除了應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，有利于植入體與骨組織之間的骨整合, 保證了 PEEK 種植體的長期穩(wěn)定性,。

PEEK半剛性棒

第二,，PEEK可透過Ｘ射線，CT 或MRI掃描時不產(chǎn)生偽影,，因而較容易監(jiān)控骨生長和愈合過程,。此外，PEEK還具有良好的生物相容性,、耐磨損,、耐疲勞、耐腐蝕,、易加工等特點,，而且PEEK比金屬材料更加輕質(zhì)。上述優(yōu)點使PEEK廣泛應(yīng)用于創(chuàng)傷,、脊柱和關(guān)節(jié)等領(lǐng)域,。

用于牙科植入物的PEEK，比鈦更輕,、更舒適,，并且沒有金屬味道，已獲得FDA認證

與不銹鋼,、鈦合金和超高分子量聚乙烯植入物相比,，PEEK 及其復(fù)合材料具有良好的耐磨性能，可有效避免由于磨損顆粒引發(fā)的植入體周圍炎癥和骨溶解等問題,。因此,，聚醚醚酮在骨科種植體的應(yīng)用中被認為是替代傳統(tǒng)種植體的候選材料之一。

昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院運用3D打印PEEK材料假體替換鎖骨

2017年4月,，國內(nèi)唐都醫(yī)院完成國際首例PEEK肋骨植入手術(shù),，2018年1月，該醫(yī)院完成國內(nèi)首例PEEK植入體治療胡桃夾綜合征案例,；同年8月,，昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院首次運用3D打印PEEK材料假體替換鎖骨。迄今為止,，3D打印PEEK假體的臨床案例已達幾十例,。然而這并不意味著PEEK就沒有問題。

PEEK用于骨科植入的劣勢
PEEK由于其相對疏水的表面而具有較低的表面能,，從而限制了細胞的黏附,。PEEK 的這種生物惰性使得 PEEK 植入體與宿主骨組織之間的骨整合能力較差，在臨床上經(jīng)常會遇到許多并發(fā)癥,，如種植體移位,、籠陷或假性關(guān)節(jié),，這在體外和臨床應(yīng)用研究中都導(dǎo)致了令人不滿意的結(jié)果。

理想的 PEEK 表面應(yīng)能使細胞黏附,、增殖,、成骨細胞分化，促進 PEEK 植入體表面的礦化,，產(chǎn)生大量的骨融合,。

為了構(gòu)建理想的PEEK表面，研究者們通過生物活性陶瓷填充,、纖維增強,、PEEK孔隙化等方法制備了一系列的PEEK及其復(fù)合材料，其最終目的是使該材料的植入體既具備維持血管新生和營養(yǎng)傳輸?shù)墓δ�,，又具備足夠的力學(xué)強度和耐磨性能,，然而使各項指標保持平衡仍是當(dāng)前研究的難點。

去年9月,，由醫(yī)學(xué)聚合物公司DiFusion開發(fā)的微孔親水PEEK材料被整形外科醫(yī)生評為2018年十大脊柱材料之一,。該材料獲得認可是因為它支持骨科植入物的生長，同時保留了傳統(tǒng)PEEK的力學(xué)性能和成像能力,。該材料可用于注塑,、3D打印或機械加工，目前正在擴大規(guī)模,，于2019年投入商用,。

不可否認，PEEK具有極好的應(yīng)用前景,，但對于存在的問題也極為突出,，材料突破將是其實現(xiàn)安全應(yīng)用的關(guān)鍵,。

其實任何一款產(chǎn)品都不可能是完美無缺的,，即使金屬植入材料有那么多不足之處，但第一個植入3D打印鈦合金髖關(guān)節(jié)的患者已經(jīng)健康行走10余年,。本文旨在對于專業(yè)人員獲取更多的知識,，對于普通患者不需過多關(guān)注材料的優(yōu)勢與不足，醫(yī)生會作出最好的決定,。


來源：3D打印技術(shù)參考