聚醚醚酮(PEEK)是半結晶的高分子芳香族類材料，具有在高溫下化學性能穩定、摩擦性能優異的理化特點，同時具備良好的生物相容性、力學性能、機械性能、X射線可透射性及無細胞毒性等優勢，被認為是可以用來代替傳統的口腔科材料(如金屬或陶瓷材料)。
此外，PEEK彈性模量更接近人體皮質骨及牙本質的彈性模量，避免了應力遮擋效應;其與牙體組織顏色接近，提高患者的舒適度和滿意度，因其具有諸多優勢而被深入研究。在口腔醫療領域中，齲病、牙周病、外傷及頜面部腫瘤等疾病常會導致不同程度的牙體缺損、牙列缺損和牙列缺失，相較于傳統的修復材料，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、活動義齒和種植體基臺等材料領域中，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，PEEK不僅影響與骨組織的結合造成骨吸收或感染等并發癥，而且增加了手術失敗的風險。研究發現PEEK可通過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打印技術具有獨特的優勢，可以精準地將改性后的PEEK復合材料打印成與患者個體匹配的具有優良性能的口腔修復體或植入物，節省了患者因修復體不合適而多次就診的時間，同時提高了醫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復合材料及其表面處理方法及其在口腔醫學領域的臨床應用研究展開綜述，為廣大研究者提供參考。目前，PEEK制作口腔修復體的加工方法為真空加壓注塑法、計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)切削法及3D打印技術。真空加壓注塑法技術要求高，制作程序復雜，同時由于PEEK耐高溫，熔化時流動性小，存在注塑不完全的風險。?CAD/CAM切削法簡化了制作程序，減少了制作時間，獲得的模型較準確，但具有對醫師及技工人員較充分的計算機知識的要求，浪費原材料等缺點。3D打印技術具有快速高效、節省成本等優勢，越來越多的研究者將PEEK和3D打印技術的結合作為目前的研究應用方向。
3D打印技術又稱增材制造(AM)是一種基于計算機輔助設計3D模型，將模型加工處理，自下而上逐層堆積形成個性化的加工方法。3D打印主要流程為:
(1)數字化軟件獲得數據并建立三維模型;
(2)將模型文件轉化格式后導入打印設備中，利用3D打印的方法打印成個性化的修復體。
相較于傳統切削減材方式，3D打印具有可以制備多層次復雜精細結構的樣品、避免浪費原材料、減少生產成本以及提高工作效率的特點。目前的主流3D打印PEEK材料的技術為選擇性激光燒結(SLS)和熔融沉積技術(FDM)，SLS是在設置好的材料上方控制激光，選擇性地對粉末照射，被照射的粉末吸收激光能量并轉換為熱動能，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、堅硬的燒結體。FDM是將3D打印所需材料通過高溫打印噴頭熔融擠出的方法，同時執行打印機內的運動指令，最終實現三維實體物件的制備。
最初，PEEK的加工制作主要由SLS技術完成，但由于激光燒結的難度較大，成形結束后需要清理殘余粉末或需要固化等復雜的后處理工藝，而FDM具有使用方法較簡單、自動化程度高、不受外形限制等優勢，所以現已逐步由FDM技術替代。??Basgul等測試了由PEEK制成的3D打印腰椎間融合器的機械強度，發現通過熔絲制造形成的3D打印的椎間融合器在脊柱融合手術中的應用有足夠的強度，并且證實了印刷速度和孔隙率之間的關聯性，即印刷速度越高孔隙率越高。? ?Li等研究結果表明當打印層厚度為0.1mm、打印路徑為180°、溫度為525℃時，樣品的拉伸強度達到87.34mPa，延伸率達到38%，基本超過了現有文獻報道的3D打印PEEK的拉伸性能。樣品的抗拉強度越大，尺寸越均勻，材料結晶度越高。??Wu等在研究FDM打印PEEK時發現層厚為300μm，光柵角度為0°時，PEEK的機械性能最佳。Wang等探索FDM打印參數對PEEK性能的影響，發現打印PEEK的最佳參數為加熱溫度440℃，打印速度20mm/s，打印層厚0.1mm。因此，3D打印PEEK根據不同的性能要求有不同的最佳參數，目前尚無統一的國際標準參數，仍需進一步研究確定。由于PEEK存在生物活性較低和自主抑菌性能不足的問題，嚴重影響其與骨結合效率，研究發現通過FDM方法打印的PEEK復合材料加入納米活性粒子或者纖維增強材料后可有效改善PEEK生物活性，提高與骨組織的結合效率。目前，上述復合材料主要包括優化成骨活性的3D打印羥基磷灰石-PEEK復合材料、優化力學性能的3D打印碳纖維增強-PEEK復合材料。?1.優化成骨活性的3D打印羥基磷灰石-PEEK復合材料羥基磷灰石(HA)是由無機成分(如骨骼、牙齒)和有機成分(如膠原纖維)等構成，具有良好的生物安全性及成骨活性，其與人類骨組織的成分相似，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，不適合單獨用于修復缺損較大的骨組織，因此對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粉末混合制成細絲，用改造后的3D打印機打印出不同質量分數(0%~30%)的PEEK-HA樣品。掃描電子顯微鏡下發現HA顆粒均勻分布在樣品表面。Oladapo使用FDM制備出了不同質量分數的羥基磷灰石(0%~20%)的PEEK/CHAP復合材料，結果顯示15%的PEEK/CHAP力學性能較為理想。體外高糖培養基(DMEM)培養上清液的檢測結果也表明了PEEK/CHAP復合材料比純PEEK具有更好的黏附性、增殖性和細胞活性。Zheng等通過FDM打印出PEEK-HA復合支架，隨后在其上進行小鼠胚胎成骨細胞前體細胞(MC3T3-E1)細胞增殖實驗，發現具有微孔結構表面的PEEK-HA復合材料能顯著促進MC3T3-E1細胞附著和礦化。因此，HA與PEEK結合可顯著提高細胞的成骨活性，改善PEEK的生物活性。?2．優化力學性能的3D打印纖維增強-PEEK復合材料為改善PEEK的力學性能，研究者發現加入不同含量的碳纖維(CF)或玻璃纖維(GF)可增強PEEK的機械強度。Han等將FDM的純PEEK和碳纖維增強的PEEK復合材料(CFR-PEEK)進行力學性能測試，同時對樣品表面進行了粗化和細化處理，結果表明，3D打印后的CFR-PEEK試樣的機械強度明顯優于純PEEK樣品。? ??
Wang探討了3D打印不同參數(噴嘴溫度、平臺溫度、層厚等)對純PEEK、CF/PEEK、GF/PEEK的力學性能的影響，實驗結果顯示5%CF/PEEK和5%GF/PEEK具有更高的拉伸強度和抗彎曲強度。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械性能，更符合人體骨組織的力學性能。PEEK由于自身結構特殊性導致的生物學惰性，可以通過表面改性的方法增強其活性。3D打印PEEK復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材料表面改性、根管消毒、牙齒美學修復及抗菌等方面，其可在不改變材料基本性能基礎上，提高材料潤濕性及細胞生物相容性。
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Kruse通過在PEEK表面用等離子體浸沒，離子注入處理相結合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鍵，實驗證實經處理后的樣品成骨細胞增殖率增加了20%，提高了骨結合能力。PEEK材料大多用于骨科植入物，經低溫等離子體處理后的植入物，可有效減少術后植入區的感染，降低手術的并發癥。但低溫等離子體處理是否會影響PEEK的機械性能，目前尚缺乏足夠的實驗證據。? ??羥基磷灰石涂層是指利用涂層技術將HA噴涂至材料表面，可有效提高材料生物活性。黎國英等研究發現，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，細胞附著和增殖能力均增強，堿性磷酸酶活性提高，鈣結節形成增多。?另外，有學者采用離子束輔助沉積技術在PEEK植入物表面制備了HA和氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)組成的生物活性雙層涂層，發現與未涂層的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，具有較強的殺菌作用。納米銀顆粒(AgNPs)可通過兒茶酚和銀離子的還原反應沉積在材料表面。Deng等通過AgNPs修飾3D打印PEEK，抑菌環、細菌動力學曲線和抗菌膜試驗結果表明:AgNPs修飾的三維聚醚醚酮支架對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽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胞增殖，提高堿性磷酸酶活性。2016年美國食品藥品監督管理局批準3D打印PEEK應用于醫學，2020年1月起，我國也開始嘗試用3D打印PEEK的方法制作個性化的生物假體。3D打印PEEK作為新型材料在口腔臨床的應用尚處于起步階段，國內外僅少許病例報告取得較好的結果。? ? ?1 .3D打印PEEK應用于下頜骨重建的研究? ? ??因創傷、感染和頜面部腫瘤導致的頜骨缺損修復是口腔頜面外科關注的問題，如何利用生物材料恢復其生理功能，同時兼顧解剖形態和美觀效果是一大挑戰。? ??金屬鈦及鈦合金常用于固定自體骨移植，而鈦板暴露或術后引起的感染是手術失敗的并發癥之一，PEEK作為一種綜合性能優良的材料用來替代鈦及鈦合金具有良好的生物安全性，為頜骨缺損修復治療提供新思路。
頜骨
MOUNIR用自體骨或異體骨修復重度缺損的牙槽骨，比較了3D打印的預彎鈦網和PEEK網固定植骨區的臨床效果，術前、術后1個月、術后6個月后的影像學分析發現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合的方法來修復下頜骨成釉細胞瘤術后大面積骨缺損，術者將3D打印的PEEK作為植入物用來固定腓骨，恢復下頜骨的連續性，結果表明這種新方法具有較高的初期穩定性和安全性。顳下頜關節是下頜左右雙側聯動關節，運動規律復雜，解剖結構獨特。當外傷或腫瘤導致髁突損傷時，常采用顳下頜關節置換術，PEEK應用于顳下頜關節重建可以較好地恢復正常的口頜系統功能。? ?林凱等采用3D打印Ba-PEEK復合材料制作個性化顳下頜關節假體，將其置入比格犬髁突內進行關節重建術，結果表明比格犬術后的開口功能良好，與術前相比，未見明顯口頜系統障礙，證實3D打印PEEK可作為顳下頜關節植入物，并可以恢復顳下頜關節的生理功能。PEEK用于口腔修復體具有良好的力學性能和美學效果?；顒恿x齒是牙列缺損及缺失時恢復咀嚼功能和外觀的重要修復方式之一。義齒的固位力、穩定性和舒適度是義齒修復效果的重要因素。Chen等制備了不同比例的TiO2和PEEK制成PMMA復合樹脂，利用3D打印技術制成的義齒基托，其力學性能及抗菌性能都達到理想效果。? ??陸偉等通過3D打印PEEK修復材料顏料共混改性和結晶度行為調控的方法，建立了一體化雙色(牙色/牙齦色)的可摘活動義齒和軟腭阻塞器，義齒的固位力、適合性均有良好的效果，但機械性能還有待進一步研究，透光性能仍需提高;另外該作者設計的由3D打印復合二氧化鈦-PEEK材料制成的軟腭缺損語音球贗復體使用輕便，無明顯的異物感。
王詩維等在治療先天性缺牙患者時，比較了傳統口腔修復與在其基礎上經過3D打印PEEK修復治療方法，作為可摘局部義齒的固定修復體，以原位嵌入的方法修復缺損部位，治療后3個月修復體的咬合功能、牙周指數及美學效果結果顯示，3D打印PEEK在先天性缺牙患者修復中的應用能夠促進牙周清潔，減少并發癥，提高臨床療效和美學效果。? ?3.3D打印PEEK應用于口腔正畸矯治器的研究??3D打印PEEK材料的機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現并采取措施干預來達到糾正反的效果。冀堃等通過3D打印技術制作的PEEK個性化斜面導板矯治器治療前牙反，通過數字化掃描獲得口內印模，設計斜面導板糾正咬合，結合3D打印的方式獲得PEEK下頜斜面導板矯治器，僅2周時間較好地糾正前牙反問題，3個月后21顆牙反解除。? ??與傳統矯治器相比，無論是美觀程度、舒適度均獲得較好的效果。目前3D打印PEEK在口腔正畸的應用研究較少，原因可能是由于CDM/CAM技術已經發展成熟，并且與口腔正畸領域結合緊密，有學者利用CAD/CAM和PEEK材料結合的方法制備出PEEK弓絲和間隙保持器等，具有較好的臨床效果，但3D打印PEEK材料能否進一步用于口腔正畸滿足臨床需求，仍需研究者們深入證實。? ??
隨著口腔醫療技術的發展，人們對醫療材料的性能及美學要求越來越高，PEEK因其優異的理化性能、力學性能及X線透射性等優勢，逐漸被用于醫學領域的研究。目前發現通過復合材料、表面改性的方式，可有效改善PEEK的生物活性和美學效果，提高與骨組織的結合能力。此外，數字化技術逐漸成為口腔醫學臨床工作中的重要手段。? ??通過3D打印技術制作個性化的口腔修復體，不僅省時省力，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及復合材料在臨床應用仍處于初步試驗階段，長期使用后的機械性能、理化性能、美學性能以及可能出現的不良反應尚不明確，還需大量的臨床研究來證實。? ?如何將PEEK和數字化技術完美結合，制作出個性化的植入物是目前的研究重點。另外，PEEK的生物活性低及抗菌性差是阻礙其發展的重要因素，如何克服這些問題將是未來PEEK的研究方向。綜上，3D打印PEEK在口腔醫學領域有潛在的應用價值，值得深入研究。? ? ?參考資料：
1.云夢義齒，2.網絡3.3D打印聚醚醚酮及復合材料在口腔醫學領域的研究進展，米蓮等，暨南大學學報，2022
原文始發于微信公眾號（艾邦醫用高分子）：3D打印PEEK及復合材料在口腔醫學領域的研究進展
