医用聚醚醚酮复合材料改性方法研究进展

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聚醚醚酮PEEK

聚醚醚酮PEEK

PEEK 可用通常的螺杆式或柱塞式注射成型机加工成型,注射成型机应满足下述基本条
件:料筒温度可升到 400℃;料筒内应该没有形成熔融料死角的地方;由于熔融粘度不
会自动流淌,所以喷嘴不需要加断流阀(shut off valve)。
4.1.2 模具温度
由于 PEEK 是结晶性树脂,因此使其充分结晶可以提高其性能。一般模温在 160℃以上
9,10 所示。
图 8 介电损耗与频率的关系
图 9 介电耗损与温度的关系
图 10 体积电阻与温度的关系 四.加工工艺 PEEK 虽然是超耐热性树脂,但由于它具有高温(350~400℃)流动性好和热分解温度 很高的(560℃)的特点,因此可以采用注射成型,挤出成型、模压成型、吹塑成型、 熔融纺丝、旋转成型、粉末喷涂等多种方法成型加工。作为二次加工可以采用真空成型、 压延、拉伸、超声波焊接、粘接、复合、机械加工等加工手段。 下面简单介绍一下,常用的 PEEK 注射成型和挤出成型的一般加工工艺条件。 4.1 注射成型 4.1.1 设备
1.45
弯曲强度
Mpa 1880
弯曲模量
Gpa
121
(铺层方向 90°)
拉伸强度
Mpa
80
拉伸模量
Gpa
8.9
断裂伸长
%
1.0
弯曲强度
Mpa
137
弯曲模量铺层方向 Gpa
8.9
(铺层方向±45°)
拉伸强度
Mpa
300
拉伸模量
Gpa 19.2
断裂伸长
%
17.2
比环氧树脂复合材料易加工
成型后不需养生
有良好的耐冲击性,损伤容限大
PEEK 树脂的保持率在 90%以上,远高于其他树脂。

聚醚醚酮成分

聚醚醚酮成分

聚醚醚酮成分聚醚醚酮(Polyether ether ketone,PEEK)是一种高性能工程塑料,具有优异的力学性能、化学稳定性和电绝缘性能。

它是一种无色、无臭的固体,常用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。

本文将从聚醚醚酮的化学结构、制备方法、性能特点及应用领域等方面进行阐述。

一、化学结构聚醚醚酮的化学结构主要由醚键和酮键组成。

它的重复单元由苯环、氧原子和碳原子组成,其中聚醚醚酮的醚键由氧原子连接苯环,而酮键则连接两个相邻的苯环。

这种特殊的化学结构使得聚醚醚酮具有良好的热稳定性和机械性能。

二、制备方法聚醚醚酮的主要制备方法有溶液聚合法、熔融聚合法和固相聚合法等。

其中,溶液聚合法是最常用的方法之一。

该方法首先将醚酮单体溶解在有机溶剂中,然后通过加热和反应催化剂的作用,使单体分子进行聚合反应,最终得到聚醚醚酮。

三、性能特点1. 高温稳定性:聚醚醚酮具有出色的高温稳定性,可在高达250℃的温度下长期使用,甚至能够耐受短时间的高温超过300℃。

2. 优异的力学性能:聚醚醚酮具有较高的拉伸强度和模量,使其在高温和高压环境下能够保持良好的机械性能。

3. 良好的化学稳定性:聚醚醚酮对酸、碱、溶剂等化学物质具有较好的稳定性,不易受到腐蚀。

4. 优异的电绝缘性能:聚醚醚酮具有良好的电绝缘性能,可用于制造电气设备和电子器件。

5. 耐磨性:聚醚醚酮表面光滑、硬度高,具有较好的耐磨性,适用于制造需要长期摩擦的零件。

四、应用领域因为聚醚醚酮具有优异的性能特点,因此在多个领域得到了广泛应用。

1. 航空航天领域:聚醚醚酮具有轻质、高强度、高温稳定性等特点,可用于制造飞机发动机零部件、航天器结构件等。

2. 汽车制造领域:聚醚醚酮的高温稳定性和机械性能使其成为汽车发动机、传动系统和排放系统等零部件的理想材料。

3. 医疗器械领域:聚醚醚酮对生物相容性较好,可以用于制造人工关节、牙科植入物和外科手术器械等医疗器械。

4. 化工领域:聚醚醚酮对酸、碱、溶剂等化学物质的稳定性较好,可用于制造化工设备、管道和阀门等。

聚醚醚酮合成路线

聚醚醚酮合成路线

聚醚醚酮合成路线
聚醚醚酮(PEEK)是一种高性能工程塑料,具有优异的耐热性、耐化学性、机械性能和电气性能等特点,在航空航天、汽车、医疗、电子等领域得到广泛应用。

本文将介绍聚醚醚酮的合成路线。

聚醚醚酮的合成路线主要有两种方法:一种是通过对苯二甲酸和二氧化苯的缩合反应制备聚醚醚酮;另一种是通过对苯二甲酸和二氧化碳的缩合反应制备聚醚碳酸酯,再通过脱羧反应将聚醚碳酸酯转化为聚醚醚酮。

第一种方法的反应步骤如下:
1. 将苯二甲酸和二氧化苯溶解在磺酸催化剂的存在下,加热至200℃以上,进行缩合反应,生成聚醚醚酮的前驱体。

2. 将反应液冷却至室温,加入去离子水,过滤得到聚醚醚酮的初步产物。

3. 将初步产物经过再结晶、干燥等处理,得到聚醚醚酮。

第二种方法的反应步骤如下:
1. 将苯二甲酸和二氧化碳溶解在氢氧化钠的存在下,加热至200℃以上,进行缩合反应,生成聚醚碳酸酯。

2. 将聚醚碳酸酯与碱性催化剂一起加入反应釜中,加热至300℃以上,进行脱羧反应,生成聚醚醚酮。

3. 将反应液冷却至室温,加入去离子水,过滤得到聚醚醚酮的初步产物。

4. 将初步产物经过再结晶、干燥等处理,得到聚醚醚酮。

以上两种方法均可用于制备聚醚醚酮,但第二种方法需要使用二氧化碳作为原料,并且需要进行脱羧反应,反应条件较为严格。

而第一种方法则相对简单,但需要使用二氧化苯作为原料。

总的来说,聚醚醚酮的合成路线较为复杂,需要使用一定的催化剂和反应条件,但由于其优异的性能,在工业生产中得到了广泛应用。

聚醚醚酮双相生物陶瓷复合材料包裹血管内皮生长因子修复下颌骨缺损

聚醚醚酮双相生物陶瓷复合材料包裹血管内皮生长因子修复下颌骨缺损

在缺损部位使用大量的无 菌生理盐水进行反复冲 洗,清理骨碎屑等杂物
通讯作者:罗杰,主任医 师,教授,十堰市太和医 院(湖北医药学院附属医 院)神经外科,湖北省十堰 市 442000
文题释义: 生物活性陶瓷:通常含有羟基,还可做成多孔性,生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合;生物吸收性 陶瓷的特点是能部分吸收或者全部吸收,在生物体内能诱发新生骨的生长。生物活性陶瓷具有骨传导性,它 作为一个支架,成骨在其表面进行;其还可作为多种物质的外壳或填充骨缺损。生物活性陶瓷有生物活性玻 璃、羟基磷灰石陶瓷、磷酸三钙陶瓷等几种。 血管内皮生长因子:是一种高度特异性的促血管内皮细胞生长因子,具有促进血管通透性增加、细胞外基质 变性、血管内皮细胞迁移、增殖和血管形成等作用,特别是在低氧环境下能促进血管增生。血管内皮生长因 子通过提高血浆酶原活化因子和血浆酶原活化因子抑制因子ⅠmRNA 的表达,提高血浆酶原活化因子的活性, 促进细胞外蛋白水解,进而促进新生毛细血管的形成。
12 mm×10 mm× 2 mm 的骨缺损
余和东,男,1985 年生, 湖北省丹江口市人,汉族, 2013 年中国医科大学毕 业,硕士,主治医师,主 要从事骨缺损修复材料的 基础研究。
(1)所有实验组都在同侧造模,按照预先的实验设计进行 空白对照组的设置及骨移植材料的填充;
(2)将骨膜复位后,逐层肌肉、皮肤缝合创口。
《中国组织工程研究》 Chinese Journal of Tissue Engineering Research
聚醚醚酮/双相生物陶瓷复合材料包裹血管内皮生长因子 修复下颌骨缺损

·研究原著·
余和东1,陈永吉1,毛 敏1,陈绍娟1,倪小兵1,冷卫东1,罗 杰2 (十堰市太和医院(湖北医药学院附属医院),1口腔医学中心,2神经外

含氟聚醚醚酮改性环氧树脂形状记忆性质的动态热力学机理研究

含氟聚醚醚酮改性环氧树脂形状记忆性质的动态热力学机理研究

状记忆 聚合物 的形状 记忆 特性 在微 观 尺度上 也可 以
表现 出来 。这一 研究 结果 可 以扩大 该类 材料 的应 用
忆聚合物和化学感应型形状记忆聚合物等。热致型 形状 记忆 聚合 物一 般是 指将 已赋形 的交联或 具有 多
相结 构 的高分 子材 料 加 热 到 一定 的温 度 , 施 加 外 并 力使其 变 形 , 变 形 状态 下 冷 却 、 结 应 力 , 在 冻 当再 次 加 热 到一定 温度 时 , 料 的应 力 释放 并 自动 恢 复 到 材 原 来 的赋形 状态 的 高分 子 材 料 。 目前 , 究 最 多并 研 投 入使 用 的主要 是 这类 形 状 记 忆 聚 合 物 材料 , 叫 也
第3 1卷 第 4期
2 1 年 8月 01






Vo. 131,No 4 . Aug t 2 1 us 01
J OURNA RONAU I L MA ER AL L OF AE T CA T I S
含 氟 聚 醚 醚 酮 改 性 环 氧 树 脂 形 状 记 忆 性 质 的 动 态 热 力 学 机 理 研 究
在前期工作 中, 我们首次设计并制备 了一种具 有两个玻璃化转变温度 的 6 .E K改性环氧树脂 FP E 体系 , 表现出较好 的力学和形状记忆性质。材料
弹性 体 的 值 在 3 0~5  ̄ 间 , 有 良好 的抗 离 0C之 具 子 辐射 能力 , 已应 用 于 空 间太 阳能 采 集 管 束 。N l e— sn等 采 用原 子力 显微镜 ( F 对热 固性 形状 记 o A M) 忆 聚合 物 的微 观形 状记 忆特 性进行 了研究 。实 验结
中 图分 类 号 : B 3 T 32

聚醚醚酮及其复合材料在生物医用领域的应用

聚醚醚酮及其复合材料在生物医用领域的应用

聚醚醚酮及其复合材料在生物医用领域的应用宗倩颖;叶霖;张爱英;冯增国【摘要】Application and prospect of polyether ether ketone(PEEK)and its composites in the biomedical field are reviewed. PEEK and its composites,which exhibit high thermal stability and creep resistance,have been used in production of medical equipment. It can be used as implantable material for spinal,trauma and orthopedic applications. thanks to fatigue resistance and penetrating of X-rays. Excellent wear resistance shows great superiority in artificial joint replacement. The stable chemical resistance and potential antimicrobial activity make it play an important role in dental restorations as well. Modification of PEEK and its composites can improve their comprehensive performance,so as to explore further applications in biomedical field.%综述了聚醚醚酮及其复合材料在生物医用领域的应用现状及前景。

连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料的制备及层压工艺研究

连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料的制备及层压工艺研究

连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料的制备及层压工艺研究连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料是一种先进的材料,具有优异的抗拉强度和模量,高温稳定性等特点,在航空航天、汽车工业、体育器材等领域得到广泛应用。

本文将介绍连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料的制备方法及层压工艺的研究成果。

制备方法主要分为以下几个步骤:1. 制备碳纤维布;2. 预处理;3. 预浸渍;4. 烘干固化。

首先,在碳纤维布上采用纵横交错的织布方式,使得各个方向上的碳纤维分布均匀。

然后进行预处理,包括浸泡、压缩、干燥等步骤,以使得碳纤维表面得到清洁处理,并与预浸液充分接触。

接下来将预浸液均匀地涂抹到碳纤维表面,并用压力辊将预浸液尽可能均匀地涂抹在碳纤维上,以保证材料质量的稳定性。

最后将材料送入烘干室进行固化处理,以获得预先准备好的连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料。

层压工艺的研究重点在于如何将预浸料层层堆叠并形成具有优异性能的复合材料。

在这里,我们采用了常见的真空吸气层压工艺。

首先将制好的预浸料制成所需形状和尺寸的切片,然后将它们按需求的顺序层层堆叠,使得不同方向上的纤维间角度达到设计要求,并使用真空吸气将其压实。

最后,将制好的复合材料送入热压机进行热固化处理,以确保各层之间的黏合性和整个材料的性能稳定性。

总体而言,连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料的制备及其层压工艺研究的关键在于制备过程中的工艺细节和调整,如预处理的时间和温度的控制、预浸液的配方和使用方式,真空吸气的步骤和压力的控制等。

只有通过严格的生产工艺控制和科学的制备方案,才能保证连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料得到最佳的物理性能和稳定性,以满足不同领域对于材料性能以及制作工艺的需求。

聚醚醚酮表面多孔羟基化改性对MC3T3-E1细胞黏附、增殖的影响

聚醚醚酮表面多孔羟基化改性对MC3T3-E1细胞黏附、增殖的影响

聚醚醚酮表面多孔羟基化改性对MC3T3-E1细胞黏附、增殖的影响吴九平;朴颖鑫;于海驰;张郡;石禹;刘钦毅【摘要】目的对聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)薄片表面进行多孑化和羟基化改性,观察PEEK表面形貌和生物活性的变化,并探讨该改性方法对前成骨MC3T3-E1细胞黏附、增殖的影响.方法超声波环境下浓硫酸处理PEEK表面,在其表面形成大量微孔结构;经湿化学法将PEEK表面的酮类基团还原成羟基基团,改善其表面化学活性,提升PEEK薄片的生物相容性.利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)及静态水接触角检测改性前后材料表面形貌、化学基团及亲水性的变化.未处理PEEK、多孔化PEEK、羟基化PEEK、多孔羟基化PEEK与MC3T3-E1细胞共培养,评价表面改性后PEEK薄片对细胞黏附、增殖的影响.结果SEM结果显示浓硫酸处理后的PEEK薄片表面形成密集的空隙大小均匀的微孔结构,FT-IR结果证实羟基化改性成功地在PEEK表面还原出了大量羟基基团.同时,表面多孔化和羟基化改性均可有效提升PEEK材料表面的亲水性能.在体外细胞实验中,不同改性的PEEK材料与MC3T3-E1细胞共培养后结果显示,多孔化、羟基化和多孔羟基化改性均可显著促进细胞黏附和伸展,同时随着时间的延长,其促进细胞增殖的功能也逐步增强.结论表面多孔羟基化改性能有效提高PEEK材料表面的生物学活性和亲水性能,进而显著促进细胞的黏附和增殖.【期刊名称】《生物骨科材料与临床研究》【年(卷),期】2019(016)004【总页数】5页(P51-54,58)【关键词】聚醚醚酮;多孔化改性;羟基化改性;细胞黏附和增殖【作者】吴九平;朴颖鑫;于海驰;张郡;石禹;刘钦毅【作者单位】吉林大学第二医院骨科,吉林长春,130041;吉林大学口腔医院,吉林长春,130021;吉林大学第二医院骨科,吉林长春,130041;吉林大学第二医院骨科,吉林长春,130041;吉林大学第二医院骨科,吉林长春,130041;吉林大学第二医院骨科,吉林长春,130041【正文语种】中文【中图分类】R318.08聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)是一种新型的半结晶性的芳香族高分子聚合物,其基本分子结构主要由羰基和醚基连接芳香环组成[1]。

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医用聚醚醚酮复合材料改性方法研究进展吕㊀美ꎬ王利涛(济宁医学院药学院ꎬ山东日照276826)摘要:综述了医用聚醚醚酮复合材料改性方法的研究进展ꎬ重点分析讨论了纤维改性㊁纳米粒子填充㊁表面涂层以及等离子体表面处理对聚醚醚酮复合材料的生物相容性㊁生物活性㊁力学性能以及生物摩擦学性能的影响ꎬ并对其未来的发展方向进行了展望ꎬ为今后设计制备生物环境适应性的聚合物复合材料提供一定的指导ꎮ关键词:医用材料ꎻ聚醚醚酮ꎻ生物摩擦学ꎻ生物相容性ꎻ改性中图分类号:TQ325㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:1009-7961(2019)03-0001-05ResearchProgressonModificationMethodsforMedicalPEEKCompositesLVMeiꎬWANGLi-tao(SchoolofPharmacyꎬJiningMedicalUniversityꎬRizhaoShandong276826ꎬChina)Abstract:Researchprogressonmodificationmethodsformedicalpolyetheretherketone(PEEK)compositeswasreviewed.Theeffectsoffibermodificationꎬnanoparticlefillingꎬsurfacecoatingandplasmasurfacetreat ̄mentonbiocompatibilityꎬbioactivityꎬmechanicalpropertiesandbiotribologicalpropertiesofPEEKcompositeswereemphaticallyanalyzedanddiscussed.Futuredevelopmentdirectionswerealsoprospected.Thesemaypro ̄videsomeguidanceforthedesignandpreparationofbio-environmentaladaptablepolymercomposites.Keywords:medicalmaterialsꎻPEEKꎻbiotribologyꎻbiocompatibilityꎻmodification收稿日期:2019-04-01基金项目:山东省自然科学基金(ZR2017MEE059)作者简介:吕美(1980-)ꎬ女ꎬ山东蒙阴人ꎬ讲师ꎬ博士ꎬ主要从事聚合物复合材料的生物摩擦学研究ꎮ0㊀引言㊀㊀聚醚醚酮材料(PEEK)最早是由英国帝国化学工业公司(ICI)在1977年研发成功ꎬ并于80年代初期由英国Victrex公司实现工业化生产的一种具有超高性能的特种工程塑料ꎬ被称为塑料工业的金字塔尖ꎮPEEK是由一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的ꎬ属于半晶态芳香族热塑性聚合物ꎮ一方面ꎬPEEK的大分子链结构规整ꎬ且分子链上含大量的刚性芳环及柔性醚键ꎻ另一方面ꎬ大分子中含有可促进分子间作用力的极性羰基ꎮ因此ꎬ其具有耐热等级高㊁耐化学药品腐蚀㊁耐蠕变㊁自润滑㊁优异的力学性能㊁自然透亮等特点ꎬ在航空航天㊁汽车工业㊁电子电气㊁食品加工工业㊁医疗器械等领域可以替代金属㊁陶瓷等传统材料ꎮ除此之外ꎬPEEK凭借其优异的耐磨性能㊁良好的磁穿透性能㊁抗氧化性能㊁生物相容性㊁易加工成型㊁质轻及弹性模量接近皮质骨等优点ꎬ在生物医用材料领域表现出强有力的发展势头[1-2]ꎮ生物医用材料是指在医学上能够植入生物体内ꎬ具有诊断㊁治疗㊁修复和置换等功能的材料ꎮ生物医用材料与一般工业材料的最大区别在于它们的使用环境不同ꎬ生物医用材料是在生物环境内工作ꎬ这就要求其首先具备良好的生物相容性ꎬ从而提高医用材料在临床应用上的安全性和可靠性ꎮ随着经济的发展和医疗技术的进步ꎬ人类寿命延长ꎬ对生物医用材料的性能提出了更高的要求ꎮ结合聚醚醚酮材料在生物医用领域的主要应用ꎬ详细地阐述了不同改性方法对聚醚醚酮基医用复合材料相关性能的影响ꎬ并对其未来的发展方向进行了展望ꎬ为今后设计制备生物环境适应性的聚合物复合材料提供一定的指导ꎮ1㊀聚醚醚酮在医疗领域的主要应用㊀㊀Kurtz等[3]对PEEK在创伤骨科㊁整形外科以第28卷第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀淮阴工学院学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Vol.28No.32019年6月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀JournalofHuaiyinInstituteofTechnology㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Jun.2019及脊柱植入等方面做了详细的研究和总结ꎮ聚醚醚酮在高温高压环境下可承受上千次循环灭菌ꎬ而且在生理盐水中具有耐蠕变性能㊁耐水解性㊁耐腐蚀性㊁良好的耐磨性和力学性能ꎬ并保持其稳定的溶胀性ꎬ因此ꎬPEEK可制造各种手术器械ꎮ近年来ꎬ随着3D打印技术的发展ꎬPEEK在口腔修复领域的研究也越来越受到国内外科学家的关注ꎬ主要应用包括种植材料㊁愈合帽㊁愈合基台㊁牙桥㊁牙冠等ꎮ研究发现ꎬ与常用的金属㊁氧化锆和氧化铝等材料相比ꎬ陶瓷增强的PEEK口腔材料精确度高㊁密度低ꎬ能防止牙龈过敏ꎬ生物相容性好ꎬ而且质地柔和ꎬ在咬合过程中具有减震作用ꎮ此外ꎬ聚醚醚酮的另一个重要作用是替代金属制造人造骨ꎬ临床上常见的应用包括腰椎融合㊁缝线铆钉㊁颅骨植入体㊁人工置换关节等ꎮ1996年9月ꎬ美国FDA正式批准脊柱椎体间融合器用于临床腰椎融合ꎮ科研工作者最先研究并且最早用于临床的是钛合金融合器ꎮ由于PEEK具有较低的弹性模量ꎬ可避免引起植入体融合的延迟ꎬ并且PEEK能够兼容X光拍照和核磁共振成像ꎬ因此ꎬ近年来钛合金融合器逐渐被PEEK融合器所取代ꎮ而且ꎬ与钛制颅骨板相比ꎬ聚醚醚酮制成的颅颌面植入体具有超低热导性质ꎬ避免了患者因环境温度的变化而带来的疼痛和不适ꎮ虽然PEEK基生物医用材料在医疗领域具有深远的意义和价值ꎬ但是PEEK医用材料仍然存在许多问题ꎮ聚醚醚酮属于生物惰性材料ꎬ自身的生物活性欠佳ꎬ严重阻碍了其作为医用植入材料在临床上的广泛应用ꎬ因此在实际应用中ꎬ需要在聚醚醚酮中引入生物活性材料ꎮ生物活性材料作为植入材料植入人体之后ꎬ能够形成具有生物活性的活性层ꎬ可以明显提高材料的细胞相容性和生物活性[4-5]ꎮ由于植入材料长期处于人体复杂的生理环境中ꎬ外力和体液的共同侵蚀对PEEK的耐腐蚀性㊁力学性能㊁耐磨性能等提出了更高的要求ꎮ因此需要对聚醚醚酮的性能进行改进ꎬ以制备具有生物环境适应性的聚醚醚酮复合材料ꎮ2㊀改性方法对聚醚醚酮植入材料性能的影响2.1㊀纤维增强改性㊀㊀基于聚醚醚酮自身特点ꎬ通过引入增强改性剂可以有效提升聚醚醚酮材料的整体性质ꎮ国内外研究者通过纤维增强的方法已成功将生物惰性的碳纤维㊁玻璃纤维与聚醚醚酮共混制成人工植入材料ꎬ结果表明碳纤维增强的聚醚醚酮复合材料表现出极好的力学性能和减摩抗磨性能[6-7]ꎮ碳纤维作为一种高性能纤维ꎬ因其具有高比强度㊁高比模量㊁抗疲劳性㊁抗蠕变㊁良好的生物相容性㊁自润滑性㊁耐磨损㊁可设计性强㊁破损安全性好等特性ꎬ在生物医用领域得到了广泛的应用ꎮSong等[8]通过纳米压痕试验研究了碳纤维增强PEEK复合材料在生物医用领域的纳米机械和纳米摩擦学性能ꎬ发现碳纤维增强了PEEK的纳米硬度和弹性模量ꎬ降低了其摩擦系数和磨损率ꎮ图1㊀恒定载荷下PEEK和CFR-PEEK在纳米划痕实验中的平均摩擦系数:(a)10mNꎬ(b)30mN和(c)60mN[8]2㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀淮阴工学院学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2019年㊀㊀Brown等[9]研究了反复蒸汽灭菌㊁生理盐水浸泡㊁热成型前后的反复弯曲处理对添加30%聚丙烯腈碳纤维的PEEK㊁PS和PBT复合材料的影响ꎬ研究发现碳纤维与PEEK的相容性更好ꎬ使得复合材料表现出更好的抗疲劳性能和热成型性能ꎮ王克军等[10]分别采用MTT法㊁溶血试验㊁急性全身毒性试验㊁热原试验㊁兔体内骨板植入实验以及应力测试研究了短碳纤维增强聚醚醚酮生物相容性ꎬ结果表明ꎬ短碳纤维增强聚醚醚酮材料无任何毒性ꎬ组织相容性好ꎻ而且应力测试显示短碳纤维增强聚醚醚酮材料符合人体髋关节的生物力学强度需要ꎮLee等[11]根据ISO14801:2003对玻璃纤维增强PEEK(GFR-PEEK)㊁碳纤维增强PEEK(CFR-PEEK)和现有牙种植体钛棒进行了疲劳试验ꎬ发现PEEK复合材料用作口腔种植体时可以减小应力遮挡效应ꎬGFR-PEEK和CFR-PEEK的抗压强度分别在前牙和后牙之间的咬合力范围内ꎬ而且GFR-PEEK植入物能够承受与前牙最大咬合力相当的静态和循环载荷ꎮKojic等[12]在临床上将CFR-PEEK作为一种新型髓内钉治疗肱骨干骨折ꎬ通过12个月随访的43例患者ꎬ未观察到与种植相关的并发症ꎬ并且其骨匹配弹性模量有助于临床疗效ꎬ而且与金属植入体相比ꎬ具有与现代成像技术的兼容性ꎮ2.2㊀纳米粒子增强改性㊀㊀纳米技术和纳米材料的发展为聚合物复合材料的设计提供了新的研究思路ꎮ纳米粒子的小尺寸效应㊁表面效应特殊性质常常赋予聚合物复合材料优异特性ꎬ使得聚合物纳米复合材料受到研究者的广泛关注ꎮ近年来ꎬ纳米粒子用于改善关节材料生物相容性的研究不断涌现ꎬ成为聚合物复合材料改性研究的一大热点ꎮ羟基磷灰石与人体骨和牙齿中的无机成分相同ꎬ具有骨传导㊁骨诱导等性能ꎬ生物相容性好ꎬ所以成为目前研究最多的生物材料之一[13-14]ꎮ李凝等[15]考察了生理盐水润滑条件下ꎬ不同载荷及不同的滑动速度条件时ꎬ纳米CaCO3晶须含量对PEEK复合材料的生物摩擦学性能的影响ꎬ研究发现CaCO3晶须可有效改善PEEK复合材料的耐磨性能ꎮSong等[16]研究了纳米氧化锆含量对PEEK复合涂层的表面润湿性㊁硬度和摩擦磨损性能的影响ꎬ发现纳米ZrO2的加入能够改善复合涂层在25%牛血清中的润湿性ꎬ5wt.%ZrO2填充的PEEK复合涂层具有最佳的摩擦学性能ꎮRen等[17-18]通过MAPK和PI3K/Akt信号通路研究了10%HA/SPEKE/PEEK复合物对成骨细胞增殖分化的生物学活性及其作用机制ꎬ研究发现纳米HA的添加促进成骨细胞增殖并调节其分化ꎬ10%HA/SPEEK/PEEK对MG63细胞有良好的成骨作用ꎬ是一种有前途的骨植入材料ꎮKumar等[19]通过体外实验使用人骨肉瘤细胞对纯PEEK和TiO2共混PEEK复合材料进行细胞毒性试验ꎬ并进行碱性磷酸酶(ALP)活性评估和量化骨矿化过程ꎬ结果表明ꎬ在PEEK中共混引入纳米TiO2可以提高材料的生物活性ꎬ可以用作种植牙的首选生物材料ꎮ2.3㊀表面涂层处理㊀㊀Stubinger等[20]通过动物实验研究了钛和羟基磷灰石等离子喷涂对PEEK和CFR-PEEK成骨能力的影响ꎬ发现与未涂覆PEEK和CFR-PEEK相比ꎬ所有被涂有钛或羟基磷灰石涂层的材料表面显示出非常有利的生物力学和生物学特性ꎬ这表明等离子喷涂钛及羟基磷灰石对PEEK或者CFR-PEEK骨结合有明显改善作用ꎮStawarczyk等[21]首先对比了未处理㊁硫酸腐蚀㊁空气磨蚀和二氧化硅涂层不同的表面处理对PEEK的接触角㊁表面粗糙度㊁剪切强度的影响ꎬ结果表明二氧化硅涂层的表面表现出最高的润湿性ꎬ硫酸酸蚀的样品达到最高的剪切结合强度ꎮ该研究进一步将PEEK加工成三单元固定桥修复体ꎬ发现其平均断裂载荷为1383Nꎬ塑性变形约为1200Nꎮ这说明PEEK是一种适合的假牙材料ꎬ而且当PEEK作为复合贴面材料时ꎬ应采用酸蚀处理ꎮKumar等[19]通过等离子体喷涂技术在纯PEEK材料表面包覆了一层纳米TiO2涂层ꎬ与纯PEEK相比ꎬN-TiO2-涂层PEEK是种植牙的首选生物材料ꎮ2.4㊀等离子体表面处理㊀㊀激光束㊁电子束㊁γ射线㊁x射线㊁紫外辐照等技术已被广泛应用于材料表面改性ꎬ而离子辐照因具有定位准确㊁无污染㊁离子类型多样㊁辐照深度可控㊁辐照剂量可控等诸多优点ꎬ在改性制备新材料㊁医用杀菌㊁肿瘤治疗等领域备受关注[22]ꎮ带电的高速离子可以引发聚合物链断裂而产生自由基ꎬ而这些自由基相互结合ꎬ使得材料表面形成复杂的交联结构ꎬ能够改变材料表面的化学组成㊁亲/疏水性质和粘附力ꎬ从而改变材料在生理环境中的各种性能[23-24]ꎮWakelin等[25]考察了紫外光辐射和氮等离子体注入(PIII)的协同作用对医用植入PEEK材料第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀吕美ꎬ王利涛:医用聚醚醚酮复合材料改性方法的研究进展㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀3力学性能的影响ꎬ研究发现材料的杨氏模量和弹性恢复明显提高ꎬ而且处理后材料的生物活性也明显提高ꎮWang等[26]采用成骨细胞(MC3T3-E1)和大鼠骨髓间充质干细胞(BMSC)ꎬ评价了水等离子体离子注入对PEEK材料细胞相容性的影响ꎬ发现与纯PEEK相比ꎬ经过处理的PEEK更有利于成骨细胞的黏附㊁铺展和增殖ꎬ同时ꎬBMSC的碱性磷酸酶活性明显提高ꎬ有助于早期成骨分化ꎮ近年来ꎬAwaja课题组[27]采用CH4/O2混合气体等离子体对医用植入PEEK材料表面进行了处理ꎬ以考察成骨细胞在PEEK表面的粘附性能和vinculin蛋白在这些细胞中的存在ꎬ结果表明经过混合气体等离子处理后材料表面形成一层富含氧的等离子体沉积膜ꎬ由于氧官能团具有强极性ꎬ提高了材料表面能ꎬ从而提高了材料表面的细胞粘附性ꎮ图2㊀细胞对PIIID处理的PEEK表面的粘附作用与(a)水接触角和(b)表面能的极性成分的变化关系[27]㊀㊀Powles等[28]采用氢离子等离子体浸没离子注入法对生物医用PEEK材料表面进行了处理ꎬ发现材料表面形成了一种氢化非晶碳膜ꎬ材料的表面硬度和弹性回复都增加ꎬ这有助于提高材料的耐磨性和抗冲击性能ꎮMcKenzie等[29]将PEEK样品暴露在氧㊁氩㊁氢和氘的等离子体中以改善其生物医学应用的性能ꎮ研究发现:与氢和氩等离子体处理相比ꎬ氧等离子体处理后材料表面表现出更好的润湿性㊁更高的电阻率和良好透光性ꎮ3㊀结语㊀㊀在PEEK的生物应用方面ꎬ我国起步较晚ꎬ虽然有关厂家㊁研究机构等都已经作了大量的研究工作ꎬ但大多处于理论研究阶段ꎬ对PEEK生物材料的临床应用一直依靠进口ꎮ目前ꎬ大多数对PEEK的研究都是集中在单一改性技术ꎬ而很少考虑多种改性方法的协同效应ꎮ因此ꎬ在未来PEEK生物医用材料体系研究开发中ꎬ应充分利用多重改性技术ꎬ赋予PEEK材料更好的力学性能㊁生物相容性和耐磨性能ꎬ突破传统医用材料在实际应用中的不足ꎬ促进新型医用材料的发展ꎮ参考文献:[1]WyattHꎬElliottMꎬRevillPꎬetal.Theeffectofengi 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