行業資訊
2025-12-22
深那 
骨整合是骨科植入物成功應用的關鍵，直接決定植入物與周圍骨組織的穩定結合及長期功能。聚醚醚酮（PEEK）因生物相容性優良、力學性能與人體骨骼接近，且兼容CT、MRI等影像學檢查，已成為鈦合金的理想替代材料，廣泛應用于脊柱外科、關節置換等領域。但PEEK固有的生物惰性導致細胞黏附與增殖能力不足，嚴重限制其骨整合效果，制約了臨床應用范圍。Strauss等人發表于《Plasma Processes and Polymers》的一項研究，首次系統探究了等離子體表面改性與三維結構化結合對增材制造PEEK植入物骨整合性能的提升作用，為解決這一關鍵難題提供了重要參考。
PART. 01
研究材料和方法
樣品制備
PEEK 樣品制造：采用熔融層制造技術制備PEEK樣品，使用商用PEEK絲材（直徑1.75mm），打印參數包括噴嘴直徑0.4mm、打印速度1200mm/min、擠出寬度0.3mm，層厚0.2mm，擠出機溫度400°C，腔室溫度260°C，熱床溫度250°C。設計A、B、C三種宏觀結構樣品，通過微計算機斷層掃描驗證表面結構與孔徑。
聚醚醚酮（PEEK）的不同表面結構
等離子體表面改性工藝
設置4種等離子體基表面改性工藝（SM1-SM4），以未處理樣品為對照（SM0）。
表面改性工藝的具體類型及參數
（SM1采用常壓等離子工藝，SM2-SM4采用低壓等離子體工藝）
性能評價方法
潤濕性測試：采用座滴法測定蒸餾水在樣品表面的接觸角，每個樣品測試10個液滴。
細胞相關測試：選用SAOS-2成骨細胞，經培養后進行毒性測試（依據DIN EN ISO 10993標準）和2D/3D增殖測試，通過WST-8法結合相位差顯微鏡定性定量分析。
PART. 02
核心研究發現
潤濕性顯著改善
未處理PEEK（SM0）接觸角約90°，呈疏水性；經等離子體改性后，接觸角顯著降低：SM1（49°±12°）、SM2（56°±4°）、SM3（64°±8°）、SM4（55°±4°），其中SM1和SM4的潤濕性改善最為顯著。
經處理表面的接觸角測量結果
細胞毒性評估
細胞毒性測試顯示，所有改性試樣均未表現出細胞毒性，細胞增殖率均高于70%，符合DIN EN ISO 10993要求。
2D細胞增殖
未處理樣品（SM0）的細胞增殖率僅為12%，而所有改性樣品的增殖率均顯著提高：SM1（28%）、SM2（16%）、SM3（16%）、SM4（18%），其中SM1的增殖促進效果最優。
3D細胞增殖
所有3D結構的細胞增殖率均隨培養時間延長而升高，且顯著高于2D表面；螺旋結構（B、C類）的細胞增殖率顯著高于直線結構（A類），且增殖率隨培養時間延長而提升；較小孔徑的C類螺旋結構（孔徑約697μm）表現最佳，21天培養時增殖率達76%。
PART. 03
研究結果討論
本研究首次系統評估了等離子體表面改性與3D結構化對增材制造PEEK植入物骨整合性能的協同改善作用，證實四種等離子體表面改性方法均無細胞毒性，可顯著提升PEEK的親水性和細胞增殖能力；螺旋型3D結構的骨整合潛力優于直線型結構；其中羥基改性（SM4）與螺旋型結構C（孔徑約697μm）的組合可使細胞增值率在14天內達到100%，顯著縮短骨整合時間，為PEEK植入物的臨床應用提供了新的技術方案。
經改性的三維PEEK結構A、B、C上的細胞增殖情況
PART. 04
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參考文獻：[1]Strauss T, H?fer S, Rapp C, et al. Plasma surface modification and three-dimensional structuring of additively manufactured polyetheretherketone (PEEK)[J]. Plasma Processes and Polymers, 2023, 20(12): 2300118.
