聚醚醚酮(PEEK)是半結(jié)晶的高分子芳香族類(lèi)材料，具有在高溫下化學(xué)性能穩(wěn)定、摩擦性能優(yōu)異的理化特點(diǎn)，同時(shí)具備良好的生物相容性、力學(xué)性能、機(jī)械性能、X射線可透射性及無(wú)細(xì)胞毒性等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是可以用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的口腔科材料(如金屬或陶瓷材料)。
此外，PEEK彈性模量更接近人體皮質(zhì)骨及牙本質(zhì)的彈性模量，避免了應(yīng)力遮擋效應(yīng);其與牙體組織顏色接近，提高患者的舒適度和滿意度，因其具有諸多優(yōu)勢(shì)而被深入研究。
在口腔醫(yī)療領(lǐng)域中，齲病、牙周病、外傷及頜面部腫瘤等疾病常會(huì)導(dǎo)致不同程度的牙體缺損、牙列缺損和牙列缺失，相較于傳統(tǒng)的修復(fù)材料，PEEK已被用于顱頜面部缺損植入物、口腔正畸矯治器械、根管樁、活動(dòng)義齒和種植體基臺(tái)等材料領(lǐng)域中，初步取得了良好的臨床效果。
然而，PEEK作為口腔頜面部骨缺損植入物，由于其存在生物活性較低和自主抑菌性能不足的缺點(diǎn)，PEEK不僅影響與骨組織的結(jié)合造成骨吸收或感染等并發(fā)癥，而且增加了手術(shù)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。
研究發(fā)現(xiàn)PEEK可通過(guò)表面處理或加入不同材料的方法有效改善其生物活性、成骨效能和抗菌性能。
3D打印技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以精準(zhǔn)地將改性后的PEEK復(fù)合材料打印成與患者個(gè)體匹配的具有優(yōu)良性能的口腔修復(fù)體或植入物，節(jié)省了患者因修復(fù)體不合適而多次就診的時(shí)間，同時(shí)提高了醫(yī)生在臨床診療中的工作效率。
本文將就目前3D打印的PEEK方法、PEEK復(fù)合材料及其表面處理方法及其在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的臨床應(yīng)用研究展開(kāi)綜述，為廣大研究者提供參考。
目前，PEEK制作口腔修復(fù)體的加工方法為真空加壓注塑法、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)切削法及3D打印技術(shù)。真空加壓注塑法技術(shù)要求高，制作程序復(fù)雜，同時(shí)由于PEEK耐高溫，熔化時(shí)流動(dòng)性小，存在注塑不完全的風(fēng)險(xiǎn)。?
CAD/CAM切削法簡(jiǎn)化了制作程序，減少了制作時(shí)間，獲得的模型較準(zhǔn)確，但具有對(duì)醫(yī)師及技工人員較充分的計(jì)算機(jī)知識(shí)的要求，浪費(fèi)原材料等缺點(diǎn)。3D打印技術(shù)具有快速高效、節(jié)省成本等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的研究者將PEEK和3D打印技術(shù)的結(jié)合作為目前的研究應(yīng)用方向。
3D打印技術(shù)又稱(chēng)增材制造(AM)是一種基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)3D模型，將模型加工處理，自下而上逐層堆積形成個(gè)性化的加工方法。
3D打印主要流程為:
(1)數(shù)字化軟件獲得數(shù)據(jù)并建立三維模型;
(2)將模型文件轉(zhuǎn)化格式后導(dǎo)入打印設(shè)備中，利用3D打印的方法打印成個(gè)性化的修復(fù)體。
相較于傳統(tǒng)切削減材方式，3D打印具有可以制備多層次復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)的樣品、避免浪費(fèi)原材料、減少生產(chǎn)成本以及提高工作效率的特點(diǎn)。
目前的主流3D打印PEEK材料的技術(shù)為選擇性激光燒結(jié)(SLS)和熔融沉積技術(shù)(FDM)，SLS是在設(shè)置好的材料上方控制激光，選擇性地對(duì)粉末照射，被照射的粉末吸收激光能量并轉(zhuǎn)換為熱動(dòng)能，加熱到特定溫度的粉末接觸面增大、氣孔縮小，冷卻后形成致密、堅(jiān)硬的燒結(jié)體。
FDM是將3D打印所需材料通過(guò)高溫打印噴頭熔融擠出的方法，同時(shí)執(zhí)行打印機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)指令，最終實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體物件的制備。
最初，PEEK的加工制作主要由SLS技術(shù)完成，但由于激光燒結(jié)的難度較大，成形結(jié)束后需要清理殘余粉末或需要固化等復(fù)雜的后處理工藝，而FDM具有使用方法較簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、不受外形限制等優(yōu)勢(shì)，所以現(xiàn)已逐步由FDM技術(shù)替代。??
Basgul等測(cè)試了由PEEK制成的3D打印腰椎間融合器的機(jī)械強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)通過(guò)熔絲制造形成的3D打印的椎間融合器在脊柱融合手術(shù)中的應(yīng)用有足夠的強(qiáng)度，并且證實(shí)了印刷速度和孔隙率之間的關(guān)聯(lián)性，即印刷速度越高孔隙率越高。? ?
Li等研究結(jié)果表明當(dāng)打印層厚度為0.1mm、打印路徑為180°、溫度為525℃時(shí)，樣品的拉伸強(qiáng)度達(dá)到87.34mPa，延伸率達(dá)到38%，基本超過(guò)了現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的3D打印PEEK的拉伸性能。樣品的抗拉強(qiáng)度越大，尺寸越均勻，材料結(jié)晶度越高。??
Wu等在研究FDM打印PEEK時(shí)發(fā)現(xiàn)層厚為300μm，光柵角度為0°時(shí)，PEEK的機(jī)械性能最佳。Wang等探索FDM打印參數(shù)對(duì)PEEK性能的影響，發(fā)現(xiàn)打印PEEK的最佳參數(shù)為加熱溫度440℃，打印速度20mm/s，打印層厚0.1mm。
因此，3D打印PEEK根據(jù)不同的性能要求有不同的最佳參數(shù)，目前尚無(wú)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，仍需進(jìn)一步研究確定。
由于PEEK存在生物活性較低和自主抑菌性能不足的問(wèn)題，嚴(yán)重影響其與骨結(jié)合效率，研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)FDM方法打印的PEEK復(fù)合材料加入納米活性粒子或者纖維增強(qiáng)材料后可有效改善PEEK生物活性，提高與骨組織的結(jié)合效率。
目前，上述復(fù)合材料主要包括優(yōu)化成骨活性的3D打印羥基磷灰石-PEEK復(fù)合材料、優(yōu)化力學(xué)性能的3D打印碳纖維增強(qiáng)-PEEK復(fù)合材料。?
1.優(yōu)化成骨活性的3D打印羥基磷灰石-PEEK復(fù)合材料
羥基磷灰石(HA)是由無(wú)機(jī)成分(如骨骼、牙齒)和有機(jī)成分(如膠原纖維)等構(gòu)成，具有良好的生物安全性及成骨活性，其與人類(lèi)骨組織的成分相似，因此在臨床上常被用作骨替代材料。
然而，單純的HA脆性較大，不適合單獨(dú)用于修復(fù)缺損較大的骨組織，因此對(duì)其研究主要著重于作為改善其他生物材料特性等方面。
Rodzen等將HA和PEEK粉末混合制成細(xì)絲，用改造后的3D打印機(jī)打印出不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0%~30%)的PEEK-HA樣品。掃描電子顯微鏡下發(fā)現(xiàn)HA顆粒均勻分布在樣品表面。
Oladapo使用FDM制備出了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的羥基磷灰石(0%~20%)的PEEK/CHAP復(fù)合材料，結(jié)果顯示15%的PEEK/CHAP力學(xué)性能較為理想。體外高糖培養(yǎng)基(DMEM)培養(yǎng)上清液的檢測(cè)結(jié)果也表明了PEEK/CHAP復(fù)合材料比純PEEK具有更好的黏附性、增殖性和細(xì)胞活性。
Zheng等通過(guò)FDM打印出PEEK-HA復(fù)合支架，隨后在其上進(jìn)行小鼠胚胎成骨細(xì)胞前體細(xì)胞(MC3T3-E1)細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)具有微孔結(jié)構(gòu)表面的PEEK-HA復(fù)合材料能顯著促進(jìn)MC3T3-E1細(xì)胞附著和礦化。因此，HA與PEEK結(jié)合可顯著提高細(xì)胞的成骨活性，改善PEEK的生物活性。?
2．優(yōu)化力學(xué)性能的3D打印纖維增強(qiáng)-PEEK復(fù)合材料
為改善PEEK的力學(xué)性能，研究者發(fā)現(xiàn)加入不同含量的碳纖維(CF)或玻璃纖維(GF)可增強(qiáng)PEEK的機(jī)械強(qiáng)度。
Han等將FDM的純PEEK和碳纖維增強(qiáng)的PEEK復(fù)合材料(CFR-PEEK)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，同時(shí)對(duì)樣品表面進(jìn)行了粗化和細(xì)化處理，結(jié)果表明，3D打印后的CFR-PEEK試樣的機(jī)械強(qiáng)度明顯優(yōu)于純PEEK樣品。? ??
Wang探討了3D打印不同參數(shù)(噴嘴溫度、平臺(tái)溫度、層厚等)對(duì)純PEEK、CF/PEEK、GF/PEEK的力學(xué)性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示5%CF/PEEK和5%GF/PEEK具有更高的拉伸強(qiáng)度和抗彎曲強(qiáng)度。
因此，3D打印后的PEEK加入適量碳纖維或玻璃纖維可以提高材料的機(jī)械性能，更符合人體骨組織的力學(xué)性能。
三、3D打印PEEK復(fù)合材料的表面處理方法
PEEK由于自身結(jié)構(gòu)特殊性導(dǎo)致的生物學(xué)惰性，可以通過(guò)表面改性的方法增強(qiáng)其活性。3D打印PEEK復(fù)合材料表面改性是指利用不同材料和不同的涂層方法提高PEEK的生物活性和表面性能，目前主要的PEEK表面處理方法有低溫等離子體處理、羥基磷灰石涂層和銀離子修飾等。? ?
低溫等離子體是由帶電離子、電子、自由基等組成的近似電中性的氣體。低溫等離子體粒子溫度較低，容易獲取和維持，因此在材料改性方面研究較多。
低溫等離子體主要用于口腔修復(fù)材料表面改性、根管消毒、牙齒美學(xué)修復(fù)及抗菌等方面，其可在不改變材料基本性能基礎(chǔ)上，提高材料潤(rùn)濕性及細(xì)胞生物相容性。
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Kruse通過(guò)在PEEK表面用等離子體浸沒(méi)，離子注入處理相結(jié)合3D打印的方法，為PEEK提供了高密度的自由基，改善了親水性，并使其能夠與生物分子形成共價(jià)鍵，實(shí)驗(yàn)證實(shí)經(jīng)處理后的樣品成骨細(xì)胞增殖率增加了20%，提高了骨結(jié)合能力。
PEEK材料大多用于骨科植入物，經(jīng)低溫等離子體處理后的植入物，可有效減少術(shù)后植入?yún)^(qū)的感染，降低手術(shù)的并發(fā)癥。但低溫等離子體處理是否會(huì)影響PEEK的機(jī)械性能，目前尚缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。? ??
羥基磷灰石涂層是指利用涂層技術(shù)將HA噴涂至材料表面，可有效提高材料生物活性。
黎國(guó)英等研究發(fā)現(xiàn)，用羥基磷灰石涂層及成骨多肽接枝雙重改性方法處理3D打印的PEEK后，可顯著地提高其生物活性，與純PEEK相比，改性后的材料接觸角減小，細(xì)胞附著和增殖能力均增強(qiáng)，堿性磷酸酶活性提高，鈣結(jié)節(jié)形成增多。?
另外，有學(xué)者采用離子束輔助沉積技術(shù)在PEEK植入物表面制備了HA和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)組成的生物活性雙層涂層，發(fā)現(xiàn)與未涂層的PEEK相比，熱處理的HA/YSZ涂層具有更好的骨再生能力和骨－種植體接觸面積。
銀作為一種光譜抗菌劑，具有較強(qiáng)的殺菌作用。納米銀顆粒(AgNPs)可通過(guò)兒茶酚和銀離子的還原反應(yīng)沉積在材料表面。
Deng等通過(guò)AgNPs修飾3D打印PEEK，抑菌環(huán)、細(xì)菌動(dòng)力學(xué)曲線和抗菌膜試驗(yàn)結(jié)果表明:AgNPs修飾的三維聚醚醚酮支架對(duì)革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌均有明顯的抑菌作用。與純PEEK支架相比，AgNPs修飾的支架能夠支持細(xì)胞增殖，提高堿性磷酸酶活性。
四、3D打印PEEK及復(fù)合材料在口腔臨床的應(yīng)用
2016年美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)3D打印PEEK應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，2020年1月起，我國(guó)也開(kāi)始嘗試用3D打印PEEK的方法制作個(gè)性化的生物假體。3D打印PEEK作為新型材料在口腔臨床的應(yīng)用尚處于起步階段，國(guó)內(nèi)外僅少許病例報(bào)告取得較好的結(jié)果。? ? ?
1 .3D打印PEEK應(yīng)用于下頜骨重建的研究? ? ??
因創(chuàng)傷、感染和頜面部腫瘤導(dǎo)致的頜骨缺損修復(fù)是口腔頜面外科關(guān)注的問(wèn)題，如何利用生物材料恢復(fù)其生理功能，同時(shí)兼顧解剖形態(tài)和美觀效果是一大挑戰(zhàn)。? ??
金屬鈦及鈦合金常用于固定自體骨移植，而鈦板暴露或術(shù)后引起的感染是手術(shù)失敗的并發(fā)癥之一，PEEK作為一種綜合性能優(yōu)良的材料用來(lái)替代鈦及鈦合金具有良好的生物安全性，為頜骨缺損修復(fù)治療提供新思路。
頜骨
MOUNIR用自體骨或異體骨修復(fù)重度缺損的牙槽骨，比較了3D打印的預(yù)彎鈦網(wǎng)和PEEK網(wǎng)固定植骨區(qū)的臨床效果，術(shù)前、術(shù)后1個(gè)月、術(shù)后6個(gè)月后的影像學(xué)分析發(fā)現(xiàn)兩種方法均獲得良好的骨增量。
Kang等采用自體腓骨移植與生物材料相結(jié)合的方法來(lái)修復(fù)下頜骨成釉細(xì)胞瘤術(shù)后大面積骨缺損，術(shù)者將3D打印的PEEK作為植入物用來(lái)固定腓骨，恢復(fù)下頜骨的連續(xù)性，結(jié)果表明這種新方法具有較高的初期穩(wěn)定性和安全性。
顳下頜關(guān)節(jié)是下頜左右雙側(cè)聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜，解剖結(jié)構(gòu)獨(dú)特。當(dāng)外傷或腫瘤導(dǎo)致髁突損傷時(shí)，常采用顳下頜關(guān)節(jié)置換術(shù)，PEEK應(yīng)用于顳下頜關(guān)節(jié)重建可以較好地恢復(fù)正常的口頜系統(tǒng)功能。? ?
林凱等采用3D打印Ba-PEEK復(fù)合材料制作個(gè)性化顳下頜關(guān)節(jié)假體，將其置入比格犬髁突內(nèi)進(jìn)行關(guān)節(jié)重建術(shù)，結(jié)果表明比格犬術(shù)后的開(kāi)口功能良好，與術(shù)前相比，未見(jiàn)明顯口頜系統(tǒng)障礙，證實(shí)3D打印PEEK可作為顳下頜關(guān)節(jié)植入物，并可以恢復(fù)顳下頜關(guān)節(jié)的生理功能。
2 .3D打印PEEK應(yīng)用于口腔修復(fù)體的研究?
PEEK用于口腔修復(fù)體具有良好的力學(xué)性能和美學(xué)效果?；顒?dòng)義齒是牙列缺損及缺失時(shí)恢復(fù)咀嚼功能和外觀的重要修復(fù)方式之一。義齒的固位力、穩(wěn)定性和舒適度是義齒修復(fù)效果的重要因素。
Chen等制備了不同比例的TiO2和PEEK制成PMMA復(fù)合樹(shù)脂，利用3D打印技術(shù)制成的義齒基托，其力學(xué)性能及抗菌性能都達(dá)到理想效果。? ??
陸偉等通過(guò)3D打印PEEK修復(fù)材料顏料共混改性和結(jié)晶度行為調(diào)控的方法，建立了一體化雙色(牙色/牙齦色)的可摘活動(dòng)義齒和軟腭阻塞器，義齒的固位力、適合性均有良好的效果，但機(jī)械性能還有待進(jìn)一步研究，透光性能仍需提高;另外該作者設(shè)計(jì)的由3D打印復(fù)合二氧化鈦-PEEK材料制成的軟腭缺損語(yǔ)音球贗復(fù)體使用輕便，無(wú)明顯的異物感。
王詩(shī)維等在治療先天性缺牙患者時(shí)，比較了傳統(tǒng)口腔修復(fù)與在其基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)3D打印PEEK修復(fù)治療方法，作為可摘局部義齒的固定修復(fù)體，以原位嵌入的方法修復(fù)缺損部位，治療后3個(gè)月修復(fù)體的咬合功能、牙周指數(shù)及美學(xué)效果結(jié)果顯示，3D打印PEEK在先天性缺牙患者修復(fù)中的應(yīng)用能夠促進(jìn)牙周清潔，減少并發(fā)癥，提高臨床療效和美學(xué)效果。? ?
3.3D打印PEEK應(yīng)用于口腔正畸矯治器的研究??
3D打印PEEK材料的機(jī)械性能及加工性能均可以滿足臨床的需求。前牙反?？梢栽缙诎l(fā)現(xiàn)并采取措施干預(yù)來(lái)達(dá)到糾正反的效果。
冀堃等通過(guò)3D打印技術(shù)制作的PEEK個(gè)性化斜面導(dǎo)板矯治器治療前牙反，通過(guò)數(shù)字化掃描獲得口內(nèi)印模，設(shè)計(jì)斜面導(dǎo)板糾正咬合，結(jié)合3D打印的方式獲得PEEK下頜斜面導(dǎo)板矯治器，僅2周時(shí)間較好地糾正前牙反問(wèn)題，3個(gè)月后21顆牙反解除。? ??
與傳統(tǒng)矯治器相比，無(wú)論是美觀程度、舒適度均獲得較好的效果。目前3D打印PEEK在口腔正畸的應(yīng)用研究較少，原因可能是由于CDM/CAM技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，并且與口腔正畸領(lǐng)域結(jié)合緊密，有學(xué)者利用CAD/CAM和PEEK材料結(jié)合的方法制備出PEEK弓絲和間隙保持器等，具有較好的臨床效果，但3D打印PEEK材料能否進(jìn)一步用于口腔正畸滿足臨床需求，仍需研究者們深入證實(shí)。? ??
隨著口腔醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)醫(yī)療材料的性能及美學(xué)要求越來(lái)越高，PEEK因其優(yōu)異的理化性能、力學(xué)性能及X線透射性等優(yōu)勢(shì)，逐漸被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究。
目前發(fā)現(xiàn)通過(guò)復(fù)合材料、表面改性的方式，可有效改善PEEK的生物活性和美學(xué)效果，提高與骨組織的結(jié)合能力。此外，數(shù)字化技術(shù)逐漸成為口腔醫(yī)學(xué)臨床工作中的重要手段。? ??
通過(guò)3D打印技術(shù)制作個(gè)性化的口腔修復(fù)體，不僅省時(shí)省力，精密度更高，而且減少了臨床操作難度，提高了患者的滿意度，為口腔疾病的治療提供了高效、便捷的手段。3D打印PEEK及復(fù)合材料在臨床應(yīng)用仍處于初步試驗(yàn)階段，長(zhǎng)期使用后的機(jī)械性能、理化性能、美學(xué)性能以及可能出現(xiàn)的不良反應(yīng)尚不明確，還需大量的臨床研究來(lái)證實(shí)。? ?
如何將PEEK和數(shù)字化技術(shù)完美結(jié)合，制作出個(gè)性化的植入物是目前的研究重點(diǎn)。另外，PEEK的生物活性低及抗菌性差是阻礙其發(fā)展的重要因素，如何克服這些問(wèn)題將是未來(lái)PEEK的研究方向。綜上，3D打印PEEK在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值，值得深入研究。? ? ?
參考資料：
1.云夢(mèng)義齒，2.網(wǎng)絡(luò)3.3D打印聚醚醚酮及復(fù)合材料在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，米蓮等，暨南大學(xué)學(xué)報(bào)，2022
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