作者：吕迪，陈美玲，华中科技大学同济医学院附属同济医院口腔医学中心华中科技大学同济医学院口腔医学院
聚醚醚酮(PEEK)是一种半结晶的高分子芳香族类材料，已被广泛应用于航空航天、汽车和化学加工等领域。在20世纪90年代，美国食品和药物管理局(FDA)批准PEEK作为医用植入材料，随后其在医学领域得到了快速发展。目前，金属钛及其氧化物是口腔种植领域最常用的材料，但存在致敏性、金属离子释放和应力屏蔽等问题。相比之下，聚醚醚酮具有良好的生物相容性、化学稳定性以及与骨皮质接近的弹性模量，因此被认为具有替代传统口腔种植材料的潜力。
种植义齿是牙列缺损和缺失患者的理想的修复方式，大大提高了患者的生活质量。骨整合和抗菌是种植手术成功的关键。PEEK作为口腔植入物存在生物活性较低和自主抑菌性能不足的问题，容易导致骨吸收或感染等并发症，增加种植手术失败的风险。本文将总结PEEK在口腔种植领域的相关应用以及提高抗菌、骨整合效能表面改性方法的研究进展。
1. PEEK在口腔种植领域的应用
1.1 种植体
种植体植入牙槽骨内，部分替代天然牙的牙根，需要具备足够的力学强度。在咀嚼过程中，由于牙槽骨与传统金属种植体的弹性模量存在显著差异，牙槽骨负荷刺激相对减少，随着时间推移，植入物周围发生骨质流失，最终导致植入物松动。由于PEEK及其改性材料的弹性模量接近骨皮质，因此被视为非常有潜力的替代材料。
碳纤维增强聚醚醚酮(carbon fiber-reinforced PEEK，CFR-PEEK)可以通过改变碳纤维层的取向和数量，精确控制模量以匹配骨骼的弹性模量，从而减少应力屏蔽效应，并且经过表面改性后的CFR-PEEK还能够促进血管形成和骨修复。种植体愈合阶段的咬合负荷和应力分布模式是影响种植体治疗长期结果的关键因素。
Haseeb等研究显示，PEEK与钛种植体周围的应力分布无明显差异。尽管国内外没有直接关于PEEK作为口腔种植体的临床试验，但PEEK材料的优点十分突出，即射线可透的PEEK材料能够改善X射线图像，使临床医生检查植入物周围骨组织时不受伪影干扰，从而实现植入物的邻近组织的清晰可视化。同时，这种材料不影响图像的精确度和清晰度，并降低了患者的辐射暴露。因此，PEEK作为口腔种植体的开发仍然很有价值。
1.2 种植基台
基台穿过牙龈，是种植体和修复体的连接元件，组织相容性和美观要求较高。目前，临床上最常见的基台材料是钛及钛合金和氧化锆。尽管在一项临床实验的免疫组织化学分析结果中发现，PEEK组病例上皮下组织炎症细胞重度浸润率100%，而Ti组40%的病例是轻度浸润，60%的病例是中度浸润；Enkling等随机对照临床试验的结果显示，PEEK愈合基台与钛基台在造成软组织炎症和骨吸收方面没有显著性差异，且种植体周围探诊深度未增加。基台表面通常容易受到龈下生物膜的影响，PEEK及其改性材料的表面润湿性和粗糙度可有效降低口腔链球菌的黏附。然而，也有学者质疑该研究中使用的PEEK材料表面较氧化锆和钛光滑。
Ayyadanveettil等对40例前牙区单颗种植体修复的氧化锆和PEEK基台进行了长达5年的随机临床对照试验，结果显示该两者在存留率及美观性方面表现出相似性。Santing等比较了不同基台上临时冠的断裂强度，结果显示除了右上颌中切牙以PEEK为基台的临时冠的断裂强度低于前牙平均咀嚼压力，PEEK基台和钛基台上的牙冠断裂强度没有明显差别。还有研究表明PEEK基台可以负荷140 N以下的轻力循环1.2×106次，相当于可以在口内承受5年的咀嚼力。
Al-Rabab’ah等使用改性的PEEK材料修复上颌中切牙，发现含20%陶瓷颗粒的PEEK基台周围软硬组织情况良好，影像学检查未出现明显骨吸收和牙龈退缩。因此，综合多个体外实验和临床试验的结果来看，特别是在前牙区和无功能障碍的患者口内，在充分考虑扭矩损失和微渗漏问题后，可以尝试使用PEEK替代钛和锆来制作临时基台。
1.3 中央螺丝
中央螺丝是植体-基台之间的薄弱之处，单个磨牙或前磨牙种植体修复时，中央螺丝松动率高达7%，26%的螺丝在第1年需要再次拧紧。PEEK与Ti6Al4V合金传统螺丝相比硬度较低，可以降低植入物内螺纹的材料磨损风险，且在螺丝失效的情况下，残留在植入物中的碎片更容易被去除。
与已经在临床上应用的PEEK愈合基台不同，实验室对比测量了不同材料的两件式氧化锆植入物的基台旋转和断裂载荷，结果显示，使用PEEK螺丝的断裂值明显低于传统材料，并且较早的塑性变形可能导致基台的扭矩损失严重和微渗漏。因此对于PEEK作为中央螺丝的可行性仍存在疑问，需要进行进一步的测试。
1.4 上部结构及相关部件
种植义齿的上部结构通常指与基台相连的冠、桥、支架等结构，是种植义齿恢复发音、咀嚼和美观等作用的部分，应具有良好的机械性能和美观性。PEEK聚合物的柔韧性和高弹性特性可以潜在地降低基牙上的应力，从而减轻由于局部压力过大而导致的牙齿疼痛，在修复缺牙较多的牙列缺损或者牙列缺失患者时具有特定的优势，患者满意度较高。
此外，在没有功能障碍的患者中进行临时修复时，体外实验显示PEEK具有比聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate， PMMA)更合适的弹性模量，弯曲变形更小，抗悬臂梁冲击强度更大，可以减少施加在牙龈黏膜上的载荷，从而最大限度地减少几周后重新衬底的可能性。尽管实验表明PEEK卡环的卡抱力明显低于CoCr卡环，热塑性PEEK卡环仍然通过了超过15000次连接和分离循环的实验，显示保留适当设计的树脂卡环足以用于临床。
种植体支持的固定义齿的应力来自于修复材料、基台和种植体传递给骨组织的压力，具有低弹性模量的聚合物可以减少植入物和周围骨组织上的应变。一项随机对照试验显示，PEEK材料制作的固位夹对杆卡固位系统的种植全口义齿的初始适应效果较好，方便，无需维护，并且较常用的金固位夹固位效果更好，不过长期效果有待考虑。
PEEK还可用于制造“O”形圈体系附件，与当前使用的材料聚甲醛、特氟龙以及市售“O”形圈进行比较，PEEK附件在使用时与该三种材料无明显差异，可以减少组件的磨损并改善修复体的长期功能。
Wang等报告了一项使用3D打印PEEK框架的种植体支持式全牙弓固定义齿修复体治疗牙周炎患者的病例，在6年的随访中，患者的牙周状况保持稳定，无炎症或出血迹象，下颌种植体牢固稳定，说明PEEK框架可以替代传统金属框架，给患者提供更多治疗选择。
目前PEEK在基台和临时修复体附件上的应用较为广泛，而在生物活性和力学强度要求更高的种植体和永久修复体上几乎没有临床应用。研究人员目前正致力于使用各种方法来提升PEEK的生物活性和力学强度等方面，并通过进行更多的体外实验和
2. 双功能改性的策略
骨整合和抗菌是种植手术成功的关键，抗菌性能和骨整合能力相互协同。由于细胞和细菌在材料表面的定植基于相似的分子机制，所以细胞和细菌在同一表面的定植存在竞争关系，这个过程被学者Gristina称为“地表竞赛”。一旦材料表面发生细菌黏附，组织细胞就很难取代这些预先定植的细菌。
这些先锋细菌为进一步的细菌定植提供新的黏附位点，引起细菌之间的聚集和共聚集，使组织细胞的黏附更加困难，同时导致宿主严重的炎症反应。所以具有良好抗菌性能的材料表面可以为成骨细胞提供更多可用的黏附位点。然而，抗菌性能和骨整合之间有时存在矛盾，因细胞毒性往往与抗菌能力相关。
Ouyang等用浓硫酸磺化PEEK，使其表面形成三维网络，并通过调整水热处理温度控制残留硫的浓度，结果显示，未经水热处理的磺化PEEK(SP)虽然周围形成抑菌环带，但在体内实验中几乎没有骨形成。而经过120℃水热反应的磺化PEEK尽管体外抗菌能力弱于SP，但在体内实验中新骨形成不受轻微炎症阻碍，成骨能力大大提高。因此，需要平衡种植体表面的自抗菌和骨整合特性以防止种植体相关感染和松动。
为了提高PEEK种植材料表面的生物活性，增强骨整合和抗菌性的常用策略为改变表面形貌和引入化学基团或生物分子。常用物理方法例如喷砂、等离子体蚀刻、物理气相沉积、电子束诱发沉积等；常用化学方法例如磺化、负载生长因子、胺化等；常用表面涂层如磷酸钙涂层、石墨烯、钛涂层等。实际上，使用单一改性方法，很难兼顾两种性能，研究者们常采用几种方法结合使用以达到改性目的。其中最常用的辅助改性的方法是磺化和聚
2.1 使用磺化辅助PEEK改性
通过磺化作用形成的三维多孔结构可以装载药物并保持一段时间的释放，使药物与磺化PEEK协同促进骨组织生长。多孔表面可以促进软组织和硬组织向材料内生长，从而产生更多的生物锚定以提高植入物的稳定性。
Yin等采用循环冻融法将载药聚乳酸-羟基乙酸[poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA]纳米颗粒和载药
2.2 使用聚多巴胺接枝辅助改性
PDA含有大量邻苯二酚基、羟基、氨基等多种官能团，具有良好的生物相容性和粘结性，通过复杂的物理化学作用黏附在各种材料表面，不仅能够改善材料表面的亲水性和生物相容性，而且可以作为二次反应平台，接枝各种生物活性分子。
Yang等利用聚多巴胺辅助沉积技术在PEEK表面沉积PDA涂层，然后通过浸泡法用锰(Mn)和银(Ag)离子对PEEK-PDA进行改性，制备了PEEK-PDA-Mn/Ag。在大鼠股骨外侧髁缺损模型中，PEEK-PDA-Mn/Ag改性材料能有效抑制注射的细菌生长，并且在植入材料周围形成良好的骨整合。
3. 小结
本文综述了聚醚醚酮在口腔种植领域的应用现状，并分析了其生物功能化途径和具体改性方向。目前，聚醚醚酮的研究开发和应用仍处于起步阶段。为了更好地满足临床应用的要求，改性材料仍需要在体内、体外实验和临床试验中进一步验证和改进，特别是在功能颗粒的释放、脱落颗粒的细胞毒性和组织炎症反应等方面。
来源：吕迪,陈美玲.聚醚醚酮在口腔种植领域的应用与表面功能化研究进展[J].临床口腔医学杂志,2024,40(04):251-254.
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