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(qiáng)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于骨組織，難以形成合理的梯度強(qiáng)度，患者在遭受特殊外力后會(huì)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(gè)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(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)不相容，不利于對骨生長及愈合進(jìn)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(jī)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(jì)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(gè)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(qiáng)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(shí)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(diǎn)，而且PEEK比金屬材料更加輕質(zhì)。上述優(yōu)點(diǎn)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(rèn)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(rèn)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(yùn)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(yùn)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(dá)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(xì)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(huì)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(xì)胞黏附、增殖、成骨細(xì)胞分化，促進(jìn) 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(qiáng)、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(qiáng)度和耐磨性能，然而使各項(xiàng)指標(biāo)保持平衡仍是當(dāng)前研究的難點(diǎn)。

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(píng)為2018年十大脊柱材料之一。該材料獲得認(rèn)可是因?yàn)樗�支持骨科植入物的生長，同時(shí)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(jī)械加工，目前正在擴(kuò)大規(guī)模，于2019年投入商用。

不可否認(rèn)，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(shí)現(xiàn)安全應(yīng)用的關(guān)鍵。

其實(shí)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(gè)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(shí)，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(huì)作出最好的決定。


來源：3D打印技術(shù)參考