聚醚醚酮（PEEK）是一種具有超高性能的特種工程塑料，其1977年由英國帝國化學(xué)工業(yè)公司研發(fā)成功；到了80年代初英國Victrex公司聚醚醚酮材料實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，目前在多個(gè)領(lǐng)域均得到運(yùn)用。

聚醚醚酮結(jié)構(gòu)

聚醚醚酮結(jié)構(gòu)圖

聚醚醚酮結(jié)構(gòu)如圖所示，其重復(fù)單元由一個(gè)酮鍵和兩個(gè)醚鍵構(gòu)成，屬于半晶態(tài)芳香族熱塑性聚合物。

       由于聚醚醚酮大分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整、分子鏈上含大量的剛性芳環(huán)及柔性醚鍵，并且大分子中含有可促進(jìn)分子間作用力的極性羰基，使得聚醚醚酮有極高的耐熱性、耐腐蝕性、耐蠕變以及優(yōu)秀的力學(xué)性能。

       因此，聚醚醚酮被廣泛應(yīng)用于電子電氣、航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械以及食品加工等領(lǐng)域。

聚醚醚酮的生物醫(yī)用

聚醚醚酮擁有極好的生物相容性、抗氧化性、刺穿透性、耐磨性以及其彈性模量非常接近皮質(zhì)骨等優(yōu)點(diǎn)，近年來聚醚醚酮廣泛用于生物醫(yī)用領(lǐng)域。

目前，聚醚醚酮在生物醫(yī)用方向主要有以下幾種應(yīng)用：

①骨科、整形外科、脊柱植入

由于聚醚醚酮"等彈性"的特點(diǎn)，其剛度可以和骨媲美，因此人們對其在骨科領(lǐng)域發(fā)展越來越感興趣。

1990年代后期，聚醚醚酮已成為替代金屬植入物組件的領(lǐng)先的高性能熱塑性材料候選者，其能抵抗模擬的體內(nèi)降解和因脂質(zhì)暴露引起的破壞，從1998年4月開始，PEEK作為植入物的生物材料在商業(yè)上出售。

② 制造手術(shù)器械

聚醚醚酮在高溫高壓下可承受上千次循環(huán)滅菌并且在生理鹽水中具有耐蠕變性能、耐水解性、耐腐蝕性、良好的耐磨性和力學(xué)性能，從而聚醚醚酮可以用于制造手術(shù)器械。

③口腔修復(fù)

聚醚醚酮經(jīng)過陶瓷增強(qiáng)，與目前常用的金屬等材料相比，其精確度高密度低、生物相容性高，質(zhì)地柔和、能有效防止牙齦過敏而且在要和過程中可以達(dá)到減震的作用。

④人造骨

聚醚醚酮具有較低的彈性模量，可以避免引起植入體融合的延遲；加上其超低熱導(dǎo)的性質(zhì)，也可以避免因環(huán)境溫度變化對人體造成的不適。

聚醚醚酮的改性

生物醫(yī)用的聚醚醚酮材料長期處于人體復(fù)雜的生理環(huán)境中，外力和體液的共同侵蝕對其的耐腐蝕性、力學(xué)性能、耐磨性能等提出了更高的要求。因此需要對聚醚醚酮的性能進(jìn)行改進(jìn)，以制備具有生物環(huán)境適應(yīng)性的聚醚醚酮復(fù)合材料。

纖維增強(qiáng)改性

碳纖維作為一種高性能纖維，因其具有高比強(qiáng)度、高比模量、抗疲勞性、抗蠕變、良好的生物相容性、自潤滑性、耐磨損、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、破損安全性好等特性，在生物醫(yī)用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

目前，人們通過纖維增強(qiáng)的方法將生物惰性的碳纖維、玻璃纖維與聚醚醚酮共混制成人工植入材料，結(jié)果表明碳纖維增強(qiáng)的聚醚醚酮（CFR-PEEK）復(fù)合材料的納米硬度和彈性模量得到增強(qiáng)，摩擦系數(shù)和磨損率降低、其表現(xiàn)出較好的抗疲勞性和熱成型性。

還有研究表示：短碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮材料無任何毒性，組織相容性好并且符合人體髖關(guān)節(jié)的生物力學(xué)強(qiáng)度需要。

恒定載荷下PEEK和碳纖維增強(qiáng)的PEEK在納米劃痕實(shí)驗(yàn)中的平均摩擦系數(shù)

不忘初心，勿忘使命

納米粒子的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)特殊性質(zhì)常常賦予聚合物復(fù)合材料優(yōu)異特性，使得聚合物納米復(fù)合材料受到研究者的廣泛關(guān)注。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)納米 ZrO2 的加入能夠改善復(fù)合涂層在25%牛血清中的潤濕性，5wt.% ZrO2 填充的聚醚醚酮復(fù)合涂層具有最佳的摩擦學(xué)性能；在聚醚醚酮中共混引入納米 TiO2 可以提高材料的生物活性，可以用作為植牙的首選生物材料。

表面涂層處理

羥基磷灰石與人體骨和牙齒中的無機(jī)成分相同，具有骨傳導(dǎo)、骨誘導(dǎo)等性能，生物相容性好，成為了目前研究最多的生物材料之一。

目前科研人員通過動物實(shí)驗(yàn)將鈦和羥基磷灰石等離子噴涂在聚醚醚酮和碳纖維增強(qiáng)的聚醚醚酮上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與未涂覆材料相比，噴涂的材料表面顯示出非常有利的生物力學(xué)和生物學(xué)特性，也就是說等離子噴涂鈦及羥基磷灰石對聚醚醚酮骨結(jié)合有明顯改善作用。

還有實(shí)驗(yàn)用不同的材料進(jìn)行表面涂層表明二氧化硅涂層的表面表現(xiàn)出最高的潤濕性；硫酸酸蝕的樣品達(dá)到最高的剪切結(jié)合強(qiáng)度，并且在聚醚醚酮作為貼面材料時(shí)應(yīng)采用酸蝕處理；TiO2涂層的聚醚醚酮是種植牙的首選生物材料。

等離子表面處理

離子輻照有定位準(zhǔn)確、無污染、離子類型多樣、輻照深度可控、輻照劑量可控等許多優(yōu)點(diǎn)，在改性制備新材料、醫(yī)用殺菌、腫瘤治療等領(lǐng)域備受關(guān)注。

其原理是：帶電的高速離子可以引發(fā)聚合物鏈斷裂而產(chǎn)生自由基，而這些自由基相互結(jié)合，使得材料表面形成復(fù)雜的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，能夠改變材料在生理環(huán)境中的各種性能。

目前為止，不同的研究中發(fā)現(xiàn)：

（1）在紫外光輻射和氮等離子體注入的協(xié)同作用下，聚醚醚酮楊氏模量、彈性恢復(fù)及生物活性明顯提高；

（2）在水等離子處理后，聚醚醚酮更有利于成骨細(xì)胞的黏附、鋪展和增殖；

（3）在混合氣體等離子處理后聚醚醚酮的材料表面能和材料表面的細(xì)胞粘附性均有提高；

（4）在氫離子等離子作用下，聚醚醚酮材料表面硬度和彈性回復(fù)都增加，從而提高耐磨性和抗沖擊性能。

（5）在氧、氬、氫和氘的等離子體作用下可以改善聚醚醚酮的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用性能并且與氫和氬等離子體處理相比，氧等離子體處理后其表面表現(xiàn)出更好的潤濕性、更高的電阻率和良好透光性。

未來發(fā)展

目前，大多數(shù)研究都集中在聚醚醚酮的單一改性技術(shù)。我認(rèn)為，未來的應(yīng)充分利用多重改性技術(shù)，從而讓聚醚醚酮材料有更好的力學(xué)性能、生物相容性和耐磨性能等性能，對目前所使用的醫(yī)用材料進(jìn)行改善甚至取代，從而使得生物醫(yī)用材料有著更好的發(fā)展和更長足的進(jìn)步。

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