改性聚醚醚酮（PEEK）医用材料的崛起：
从基础研究到临床应用
高分子物理与化学性质综述
图1 PEEK重复单元
聚醚醚酮（PEEK）是一种半结晶芳香族热塑性工程塑料，因其独特的分子结构——苯环通过醚键与羰基连接——而具备一系列优异性能。在力学方面，PEEK的弹性模量约为3-4 GPa，与人体骨骼（皮质骨约7-30 GPa）较为接近，能有效减少传统金属植入物常见的“应力遮挡”现象。同时，其拉伸强度可达90-100 MPa，展现出良好的承载能力。
化学性质上，PEEK具有出色的化学稳定性和生物惰性，能够耐受人体复杂生理环境（如体液、离子）的长期作用，不释放有害金属离子，也不易引发过敏或炎症反应。此外，PEEK还具有优良的X射线透过性，不会在CT、MRI等影像检查中产生伪影，便于术后长期随访观察。
高分子加工技术进展
尽管PEEK性能优异，但其高熔点（约343℃）、高熔体粘度、结晶窗口窄等特性，也给加工成型带来挑战。近年来，围绕PEEK的纯化、改性与先进制造技术，研究取得了显著进展。
1. 纯化技术
医用级PEEK对纯度要求极高。工业上常采用亲核路线合成，过程中易残留金属离子、二苯砜等杂质。传统纯化依赖多次有机溶剂（如丙酮、乙醇）洗涤与水洗，工艺繁琐、耗时长。新兴技术如超临界水纯化、特定表面活性剂辅助萃取等，正在提高纯化效率与材料一致性。
图2 PEEK工业纯化工序
2. 表面改性技术
为提高PEEK的生物活性与骨整合能力，研究者发展了多种表面改性方法：
物理改性：如喷砂、等离子喷涂、激光蚀刻，通过构建微纳结构增加表面粗糙度，促进细胞黏附。
图3 (a) PEEK/n-MS 复合材料；(b) 粒子冲击处理PEEK/n-MS复合材料；(c) 粒子冲击后浓硫酸处理PEEK/n-MS复合材料；(d) 低温等离子体活化PEEK基底的多组分双层涂层方案；(e) 采用激光蚀刻技术制备PEEK材料的工艺流程示意图
化学改性：如浓硫酸磺化，在表面引入磺酸基团，增强亲水性及羟基磷灰石沉积能力。
生物功能化：通过聚多巴胺涂层、RGD肽、生长因子（如BMP-2）接枝，赋予材料主动促进成骨分化的能力。
图4 (a) 浓硫酸磺化PEEK表面；(b) 乙二胺化学接枝PEEK表面；(c) 磺化PEEK表面沉积RGD、PDA涂层
3. 先进制造技术
传统加工方法（注塑、热压）在制造复杂个性化植入体时效率低、材料浪费大。3D打印技术成为突破瓶颈的关键：
熔融沉积成型（FDM）：成本低，适用于形状相对简单的植入体，如颅骨修复体、肋骨假体。
选择性激光烧结（SLS）：可制造具有复杂多孔结构的支架，孔隙率可达70%-90%，促进骨长入。
高分子产品应用与市场前景
PEEK已在骨科、口腔科、颅颌面外科等领域实现广泛应用，并逐步替代部分金属与陶瓷材料。
图5 PEEK在医疗植入领域的应用
1.骨科领域
椎体间融合器：用于脊柱退行性疾病治疗，弹性模量匹配，促进骨融合。
骨折内固定物：如碳纤维增强PEEK接骨板、髓内钉，具有射线可透性，便于术后评估。
人工关节：在髋、膝关节置换中展现良好耐磨性与生物相容性。
2.口腔科领域
牙种植体：表面改性后可增强骨结合，且不易集聚菌斑。
修复体：如牙冠、义齿基托，色泽接近天然牙，耐磨且生物相容性好。
3.颅颌面外科
颅骨修复体：3D打印个性化PEEK植入体，精准匹配骨缺损，保护脑组织。
颌面重建：用于外伤或肿瘤切除后的颌骨重建，长期稳定性好。
发展趋势、挑战与总结
发展趋势：
未来PEEK医用材料将朝向多功能复合化发展，例如兼具抗菌、抗炎、促血管生成等多重功能的复合材料。智能制造与个性化医疗也将深度融合，结合人工智能与3D打印，实现植入体的“量体定制”。此外，表面生物功能化仍是提升材料生物活性的重要方向。
现存挑战：
生物惰性：尽管改性后活性提升，但与天然骨的整合速度仍不及生物活性陶瓷。
加工成本高：尤其是3D打印设备与材料成本，限制了普及。
长期临床数据不足：尤其是改性材料在人体内的长期磨损、降解产物影响等仍需更多随访研究。
标准化与监管：医用级PEEK的材料标准、加工工艺与检测方法尚待进一步统一。
总结：
PEEK作为“塑料金字塔顶端”的材料，在医用领域展现出不可替代的优势。其与骨匹配的力学性能、优异的化学稳定性和可加工性，使其成为理想植入材料。当前研究已从“是否能用”转向“如何更好用”，表面改性、复合增强、3D打印等技术正持续推动其性能边界。
然而，材料科学终究要服务于临床。未来需加强跨学科合作，融合材料、生物、医学、工程等多领域知识，不仅优化材料本身，更要关注其在真实生理环境中的长期行为。此外，推动国产PEEK材料的产业化与标准化，降低医疗成本，也是惠及更多患者的关键。
PEEK的医用之路，正从“替代”走向“超越”，未来可期。
