張偉芳，劉呂花，劉英，鄭延延

(1.川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院口腔科，四川南充 637000；2.川北醫(yī)學院藥學院，四川南充 637000)

聚醚醚酮(PEEK)是由英國ⅠCⅠ公司于20世紀70年代成功研發(fā)的一種芳香族半結晶線性熱塑性聚合物。作為聚芳醚酮家族的一員，PEEK是由雙酚鹽和芳香族二鹵化物通過親核取代反應合成的。分子結構中的苯環(huán)賦予PEEK剛性，而醚鍵具有足夠的韌性，使PEEK具有很高的抗應力性[1]。PEEK具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，不僅可避免有毒副產(chǎn)物的釋放，而且呈現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性[2]。此外，由于其射線可透性，PEEK不會在計算機斷層掃描(CT)和磁共振(MRⅠ)成像時產(chǎn)生偽影，易于觀察種植體周圍的骨再生及愈合情況[3]。更重要的是，PEEK的彈性模量(3～4 GPa)與人骨(3～17 GPa)相當，其較低的彈性模量，可減少對其周圍骨骼的應力屏蔽效應[4-5]。眾多優(yōu)異的特性，使其在醫(yī)學領域廣受歡迎，目前PEEK已用于骨外科、心血管外科等領域[6-7]。

作為牙科材料，PEEK也同樣具有很大的潛力。PEEK具有優(yōu)異的加工性能及力學性能，使其可用于制作多種早期矯治器，滿足多種臨床應用的要求。另外，PEEK具有較高的彎曲強度和抗蠕變性[8]，且其顏色較金屬更美觀，使其適合制作正畸弓絲用于臨床。PEEK具有與人骨、牙本質(zhì)及牙釉質(zhì)類似的彈性模量，有望用作牙種植體。并且在PEEK基體中添加碳纖維(CF)，可獲得彈性模量與人骨、牙本質(zhì)及牙釉質(zhì)更加匹配的碳纖維增強PEEK復合材料(CFR-PEEK)。與金屬材料相比，CFR-PEEK不僅表現(xiàn)出更低的應力屏蔽[9]，而且其耐磨性仍然與金屬合金相當[10]。PEEK沒有金屬味道且相對較美觀，可用于修復應用，包括固定或活動修復。且使用樹脂復合材料覆蓋不透明和灰色的PEEK表面，可使PEEK更加美觀，從而更容易被患者接受[11]。此外，與牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)相匹配的拉伸性能，使PEEK成為牙冠修復體的潛在替代品。

1 PEEK在口腔正畸中的應用

1.1 PEEK在早期矯治中的應用

兒童早期矯治所需器械主要包括錯頜畸形矯治器(如擴弓器等)、缺牙間隙保持器等，要求器械基體材料具有一定的尺寸穩(wěn)定性、合適的硬度、良好的耐磨性、低水溶性以及良好的生物相容性。PEEK不僅具有以上性能，而且其加工性能及力學性能優(yōu)異，使其適用于制作多種早期矯治器，可滿足多種臨床應用的要求，同時解決金屬矯治器的不美觀和過敏問題。

Beretta等[12]對一名對鎳過敏的上腭寬度不足的5歲兒童，在第一顆恒磨牙萌出之前，使用PEEK制成的擴弓器矯正雙側(cè)反牙合，并使用生物活性水泥進行粘接，成功使上腭寬度擴張了5 mm。Ⅰerardo等[13]將PEEK材料通過3D打印技術構建出小兒缺牙間隙保持器，應用于3個患兒，經(jīng)過9個月隨訪，發(fā)現(xiàn)不僅可以很好地維持缺牙間隙，而且對患者來說能見度最低，令患者感到舒適滿意。也有學者將PEEK材料通過3D打印技術構建出雙側(cè)側(cè)切牙缺失的固定舌側(cè)缺牙間隙保持器[14]。該缺牙間隙保持器美學滿意度高，能維持咬合功能，但未評估PEEK和樹脂改性玻璃離子水門汀之間結合的效果，因此需要進一步的實驗研究來評估PEEK材料和樹脂改性玻璃離子水門汀之間的結合，以降低脫粘的風險。

冀堃等[15]在臨床研究上初步驗證了PEEK在乳牙早失間隙保持、錯頜畸形矯治等兒童口腔早期矯治中臨床應用的可行性，雖然臨床效果良好，但后續(xù)還需行大樣本、長期臨床病例觀察，且需要解決美觀、粘接、強度等一系列的臨床問題。

1.2 PEEK作為正畸弓絲的應用

正畸弓絲的選擇在很大程度上決定了牙齒排齊的效率[16]。所以，許多學者對理想的正畸弓絲提出了不同標準。Bench等[17]認為，在牙弓不同部位，由于牙周膜面積不同，適宜的正畸力也不同，需要正畸弓絲具有不同的力學性能。Proffit等[18]提出理想的正畸弓絲需要具有以下4個特點：高強度、低剛度、高活動范圍、高耐磨性。也有研究表明，在整個正畸治療過程中，摩擦力會削弱12%～60%的正畸力[19]，因此低摩擦力也是理想弓絲的特性之一。臨床上現(xiàn)有固定矯治器弓絲一般都是金屬弓絲，其美觀性差，同時也影響拍攝CT和核磁共振，未來需要采用非金屬弓絲治療作為更合適的選擇。

Maekawa等[8]研究了三種超級工程塑料：PEEK、聚醚砜和聚偏二氟乙烯作為正畸弓絲的可行性。發(fā)現(xiàn)PEEK弓絲具有優(yōu)異的彎曲強度、蠕變阻力和較低的吸水率，在1.0 mm×1.0 mm的尺寸下可以提供類似于鎳鈦弓絲(0.40 mm×0.55 mm)的正畸力，可以作為美觀的非金屬正畸弓絲的候選材料。然而1.0 mm×1.0 mm的方形PEEK弓絲不是正畸弓絲的合適尺寸，正畸弓絲通常為矩形或圓形，其寬度或直徑為0.40～0.65 mm。隨后Tada等[20]評估了PEEK正畸弓絲的負載偏轉(zhuǎn)特性和摩擦特性，得出結論認為0.019 mm×0.025 mm的PEEK弓絲可適用于正畸。

Shirakawa等[21]將 兩 種 尺 寸(0.457 mm×0.635 mm和0.432 mm×0.635 mm)的不銹鋼(SS)、鈷鉻(Co-Cr)或鎳鈦(Ni-Ti)弓絲穿過PEEK管進行評估，結果表明幾乎所有測試的弓絲都通過PEEK管而大大降低了摩擦力。因此PEEK管的包裹不僅可增強美學效果，還可以減少托槽的磨損變形，并且一定程度上可以降低正畸力的損耗，提高牙齒移動效率。

此外，PEEK可用作Ni-Ti弓絲的涂層，以增強其耐腐蝕性并改善其力學性能[22]。然而，長期在口內(nèi)暴露可能會導致PEEK涂層穩(wěn)定性嚴重退化[23]。因此，需要進一步研究以評估PEEK涂層的正畸弓絲在口內(nèi)的長期穩(wěn)定性。

PEEK正畸弓絲使得有美學需求的患者更易于接受治療，因此被視為可行的正畸弓絲[8-9]。但PEEK弓絲在臨床上并未得到廣泛應用，其在人體口腔環(huán)境中的長期力學性能的數(shù)據(jù)不足。此外，PEEK正畸弓絲的負載偏轉(zhuǎn)特性和靜摩擦力可能會受到口腔活動的影響，例如進食、刷牙等。因此，需進一步研究其在模擬臨床條件下應用的相關性能。

2 PEEK在口腔種植中的應用

PEEK出色的力學性能、卓越的生物相容性以及類似骨、牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)的彈性模量使得其成為一種很有前景的口腔種植體材料[24-25]。首先，研究表明鈦是一種過敏原[26]，而與鈦相比PEEK很少引起過敏反應；其次它具有射線可透性，在MRⅠ成像上造成的偽影較少；第三，它比鈦更美觀；第四，PEEK形態(tài)可塑性極強，可以通過改變其形態(tài)或表面特性來適應特定的目的[27]。然而PEEK的疏水表面，既不增強蛋白質(zhì)吸附，也不利于細胞粘附。與鈦相比，PEEK種植體的成骨活性較差，并且沒有表現(xiàn)出良好的骨傳導性。此外，PEEK牙種植體在口內(nèi)容易形成口腔生物膜[28-29]，增加了種植體周圍炎癥發(fā)生的風險[30]。因此，研究人員使用多種方法，包括共混改性、表面涂層及表面化學接枝等方法，試圖賦予PEEK更好的力學性能、成骨活性和抗菌活性，甚至多功能活性表面。

通過制備具有不同CF長度和取向的CFR-PEEK，可將PEEK的彈性模量調(diào)整為與皮質(zhì)骨的彈性模量相匹配[31]。一項CFR-PEEK種植體和鈦種植體周圍應力分布的有限元分析比較結果顯示，與鈦種植體相比，CFR-PEEK種植體在垂直和傾斜載荷下承受更大的應力。但在傾斜載荷下，與鈦種植體相比，CFR-PEEK種植體向骨骼傳遞的應力較小[32]。CFR-PEEK因其多功能性、形態(tài)多變性、與現(xiàn)代成像技術的兼容性、優(yōu)異的力學性能和生物相容性而受到醫(yī)療植入界的廣泛關注。

在PEEK表面直接制備生物活性涂層或通過生物活性劑進行表面功能化可使其表現(xiàn)出優(yōu)異的骨傳導能力。Lee等[33]使用冷噴涂技術在PEEK上制備了羥基磷灰石(HA)涂層，動物體內(nèi)實驗研究結果表明，HA涂層的PEEK周圍新形成的骨量明顯高于空白PEEK組。Johansson等[34]使用旋轉(zhuǎn)涂布法在PEEK表面制備了納米HA(nHA)涂層，n-HA包被的PEEK大大增強了其骨整合能力。Durham等[35]通過離子束輔助沉積技術在PEEK表面沉積了由釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)熱障層組成的涂層，該層被HA頂層覆蓋。結果顯示該雙相涂層對PEEK基體表現(xiàn)出良好的粘附力，并能增強細胞增殖及成骨礦化能力。最近，Yang等[36]發(fā)現(xiàn)，涂覆有鈦酸鹽納米網(wǎng)結構的PEEK表面不僅有效促進了細胞的粘附和增殖，而且能誘導巨噬細胞向抗炎的M2型極化，及時清除炎癥，營造有益的免疫微環(huán)境從而促進骨再生。

為了增強抗菌活性，Guo等[37]使用電弧離子電鍍技術在CFR-PEEK表面涂覆TiCu/TiCuN涂層，通過細胞實驗和動物實驗，驗證了TiCu/TiCuN包被的CFR-PEEK的抗菌性能。Yan等[38]通過絲素蛋白在多孔PEEK表面上構建了用銀納米顆粒(nAg)修飾的氧化銅微球(μCuO)，這種涂層在低pH環(huán)境(pH=5.0)下釋放出高劑量的Cu2+和Ag+，可殺滅99.99%的游離細菌，并完全消滅附著細菌，避免生物膜的形成。在生理環(huán)境(pH=7.4)下，較少量的金屬離子可促進堿性磷酸酶(ALP)生成、膠原分泌、鈣沉積和血管生成，最終促進骨再生。除金屬及其離子外，局部使用抗生素也是抗感染的主流方法。為了獲得長期有效的抗菌效果，在PEEK表面上制備多孔結構、納米結構或粘合劑涂層，以提供較大表面積和較強附著力，從而局部加載大量的抗生素，使得抗生素實現(xiàn)緩慢釋放，避免藥物過早流失，并保持所需的局部藥物濃度[39-40]。這些方法有利于預防術后感染和細菌耐藥性。

近年來，表面改性趨向于多功能化。He等[41]結合貽貝啟發(fā)的金屬化技術和N-羥基琥珀酰亞胺/碳二亞胺激活的肽修飾技術成功構建了具有抗菌、成骨和促血管生成的三重治療效果的融合肽工程化PEEK植入物，旨在改善PEEK種植體的骨整合。除了穩(wěn)定銀納米粒子(AgNPs)外，聚多巴胺(PDA)還用作光熱劑，可以將近紅外光轉(zhuǎn)化為熱。近紅外的波長范圍為700～1 400 nm，能穿透哺乳動物身體，但對正常組織幾乎沒有傷害。隨著近紅外的照射，光響應材料可以產(chǎn)生大量的活性氧(ROS)和熱量。熱量和ROS可以阻止耐藥細菌的生長和生物膜的產(chǎn)生，賦予光響應材料抗菌能力。因此，PDA/AgNPs涂層還賦予PEEK植入物以協(xié)同方式進行“按需”抗菌的能力。Yin等[42]通過磺化處理和循環(huán)凍融法，在PEEK表面成功制備了具有程序化順序藥物釋放特性的載地塞米松聚(乳酰二乙醇酸)納米顆粒/載鹽酸萬古霉素聚乙烯醇凝膠復合涂層，實現(xiàn)了抗菌藥物的快速釋放和促成骨藥物的持續(xù)釋放，體外實驗證實了功能化PEEK具有優(yōu)異的抗菌性能，并能增強成骨細胞的粘附、增殖和成骨分化能力。

盡管PEEK受到了越來越多的關注，但生物惰性導致其骨整合能力差仍然是其作為種植體應用的一個巨大挑戰(zhàn)。對于在細菌感染的手術區(qū)域中植入PEEK種植體的場合尤其如此，需要進一步的研究來增強PEEK種植體的抗感染和骨整合能力。此外還需要在臨床實踐中獲得令人滿意的骨整合證據(jù)，以確保PEEK作為口腔種植體的順利使用。

3 PEEK在口腔修復中的應用

3.1 PEEK作為活動義齒(RPD)修復材料

PEEK顏色淺灰白且密度低，對患者來說具有很高的佩戴舒適性，有利于消除金屬在美學上不可接受的外觀以及傳統(tǒng)RDP金屬基托的金屬味道及過敏風險[43-44]。

最初有人建議RPD PEEK基托可能是傳統(tǒng)鈷鉻(Co-Cr)基托的替代品，通過適當?shù)幕颊哌x擇和治療計劃，PEEK被認為是恢復肯氏Ⅰ類無牙頜患者RPD的有效替代基托材料[45]。Chen等[46]對3種基托材料(Co-Cr，Ti-6Al-4 V合金和PEEK)設計的4種RPD的力學性能進行三維有限元分析，結果表明，PEEK基托對牙周韌帶具有良好的保護作用，適用于牙周情況較差的患者。然而，在咀嚼力作用下遠中游離端的位移不利于義齒的穩(wěn)定性，并且黏膜上的巨大應力表明PEEK基托不適合遠中游離端后牙缺失較多的患者。一項臨床研究表明，PEEK義齒基托對口腔健康相關的生活質(zhì)量、患者滿意度和牙周的影響與Co-Cr義齒基托有相似的結果[47]。另一項臨床研究提供了使用PEEK基托RPD治療的患者隊列中剩余牙槽嵴高度和寬度變化的1年縱向回顧性數(shù)據(jù)，并將其與未治療的部分牙缺失患者進行比較，結果顯示在短期內(nèi)佩戴PEEK RPD基托的患者與沒有佩戴RPD的對照組之間，剩余牙槽嵴高度和整體骨量無明顯差異[48]。由此可見，PEEK基托在臨床上同樣不會導致患者的剩余牙槽嵴吸收。陸偉等[49]初步驗證了一體化雙色3D打印PEEK口腔修復體臨床應用可行性，在原有3D打印PEEK義齒的基礎上對顏色進行了改進，同時實現(xiàn)可摘義齒的支架雙色打印制作，具有潛在的臨床應用價值。

3.2 PEEK作為牙冠修復體材料

良好的冠邊緣和內(nèi)冠擬合度、足夠耐磨穩(wěn)定是牙冠修復材料應具備的非常重要的性能。PEEK具有與牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)相匹配的拉伸性能和彈性模量以及其高耐磨性，并且表現(xiàn)為不顯眼的淺灰色和生物惰性，再加上其良好的拋光性及其伴隨的低菌斑粘附性使其成為制造冠修復體的候選者[50-51]。

Sulaya等[52]在20名患者中裝配20個PEEK牙冠。使用改良的Ryge標準，以1周、1個月、3個月、6個月、1年的時間間隔檢查牙冠的解剖形態(tài)、邊緣完整性、表面粗糙度、邊緣變色和顏色匹配性等，同時使用問卷在相同的時間間隔內(nèi)評估患者滿意度。結果顯示PEEK材料所達到的高精度(冠部形態(tài)保持率、冠邊緣質(zhì)量及精度)和美學效果非常令人滿意。在觀察期間，沒有導致明顯的邊緣變色或齲齒?；颊咭矊ρ拦诘挠|感和舒適度非常滿意。有研究發(fā)現(xiàn)，與氧化鋯制成的牙冠相比，PEEK制成的牙冠表面的磨損最小，其可通過塑性變形更好地進行應力調(diào)節(jié)，并具有良好的顏色穩(wěn)定性[53]。然而Aldhuwayhi等[54]認為盡管PEEK牙冠在疲勞極限及疲勞壽命測試中，與二硅酸鋰牙冠相比表現(xiàn)更優(yōu)秀，但是在微觀層面上，PEEK牙冠在1 250 000個閉塞載荷周期內(nèi)存在一點失效，因此需要更進一步的臨床和實驗室研究來調(diào)查PEEK作為牙冠修復材料的前景，并需要進一步改善其邊緣適應性和美學特性。

4 PEEK在口腔頜面外科中的應用

由外傷、感染或腫瘤切除引起的嚴重頜骨節(jié)段缺損在臨床上很常見，對患者的面部外觀和相應的口腔功能有顯著的負面影響，甚至可能導致嚴重的心理創(chuàng)傷，因此頜骨的重建是相當有必要的。自體骨移植是金標準方法，也是臨床上應用最廣泛的頜骨缺損修復技術。然而，自體骨不僅來源有限，會導致供體部位受損，而且自體骨移植不能實現(xiàn)準確的個性化重建，除非操作者具有豐富的臨床經(jīng)驗[55]。鈦及其合金由于其優(yōu)異的力學性能和生物相容性成為目前臨床上常用的頜骨重建材料，然而，鈦及其合金在CT圖像中引起明顯放射偽影，因而難以準確評估頜骨修復材料周圍組織再生及愈合情況。這種現(xiàn)象對腫瘤的術后放射隨訪以及輔助放療產(chǎn)生不利影響，因為輔助放療強烈依賴于高分辨率、無偽影的CT。此外，鈦植入物會導致輻射劑量增加，影響周圍組織。PEEK由于其天然的射線可透性及與骨組織相近的彈性模量使其有望替代鈦及其合金用作頜骨修復材料。

Lommen等[56]評估了CFR-PEEK，PEEK及聚醚酮酮(PEKK)和聚苯砜(PPSU)聚合物板在下頜骨重建中的力學疲勞強度。共將30塊板(鈦，CFR-PEEK，PEEK，PEKK，PPSU各6塊板)植入聚氨酯合成的部分切除的人工下頜骨中。隨后進行伺服氣動機械測試，循環(huán)應用30～300 N的咬合力(未切除側(cè)的咬合力占70%，切除側(cè)的咬合力占30%)，總循環(huán)次數(shù)設置為250 000次。在板或螺釘故障的情況下，測試中止。雖然結果顯示鈦板的疲勞強度最高，但CFR-PEEK和PEEK板在250 000次咀嚼循環(huán)中沒有顯示出任何故障，表明其有足夠的強度可用于下頜骨重建。Anabtawi等[57]評估了使用具有患者特異性的多件三維銑削聯(lián)鎖PEEK植入物作為治療各種先天性和獲得性面部畸形的臨床效果。10名患者的回顧性研究發(fā)現(xiàn)三維銑削互鎖PEEK患者特異性植入物是安全且可預測的，可節(jié)省手術時間并且易于調(diào)節(jié)。通過使用聯(lián)鎖接頭可以實現(xiàn)額外的穩(wěn)定性和防滑機制。但仍需要對更大的患者隊列進行進一步研究以確認這些結果。

5 結語

PEEK本身獨特的優(yōu)異性能使其在口腔正畸、口腔種植、口腔修復及口腔頜面外科等口腔醫(yī)學領域的應用中均有望替代傳統(tǒng)的金屬及其合金或氧化鋯材料。PEEK的應用前景雖好，但仍需要進一步研究口腔環(huán)境對它的影響以及其在臨床實踐中的長期應用效果，以確定其長期性能的穩(wěn)定性和在口腔醫(yī)學領域應用的可行性。