利用钛涂层增强3D打印PEEK植入物的生物活性

供稿人:苏艳文，贺健康

聚醚醚酮(PEEK)被认为是最有潜力代替金属材料的骨科植入材料之一。聚醚醚酮具有与皮质骨接近的机械性能，可以减少应力屏蔽。基于PEEK材料的热塑性，很多学者考虑用材料挤出（FDM）和粉末烧结（SLS）的方法来制备PEEK样件。但具有生物惰性的聚醚醚酮表面不利于植入物表面的细胞黏附、与周围组织的骨整合，限制了PEEK骨植入物的应用。

韩国工业技术研究院的研究人员结合FDM和直流磁控溅射方法在3D打印的PEEK植入物表面制备了Ti涂层，以增强聚醚醚酮表面的生物活性。表征了不同PEEK样品（机加工PEEK、机加工PEEK+钛涂层、3D打印PEEK、3D打印PEEK+钛涂层）的表面形貌和表面接触角。通过体外和体内实验，证实钛包覆聚醚醚酮植入体功能化表面在细胞附着、增殖、分化和骨再生等方面的整体增强作用。

图1.不同PEEK样品（MP、MPT、3DP、3DPT）表面形貌和表面接触角:（A）机加工PEEK样品的（MP）表面形貌；（B）机加工PEEK+钛涂层样品的（MPT）表面形貌；（C）3D打印PEEK样品的（3DP）表面形貌；（D）3D打印PEEK+钛涂层样品的（3DPT）表面形貌；（E）不同PEEK样品的（MP、MPT、3DP、3DPT）表面接触角。

图2. MC3T3-E1细胞种植在不同PEEK样品（MP、MPT、3DP、3DPT）表面，培养l和5h后共聚焦激光扫描显微镜和SEM获取的细胞粘附图像。

图3.体内动物实验的实验设计及动物实验结果:（A）体内动物实验的实验设计；（B）不同动物实验分组的PEEK螺纹支架；（C）支架植入物新西兰兔胫骨；（D）手术4、8、12周后不同组新生骨μ-CT三维重建图像；（E）手术12周后不同支架组织学染色结果。

本研究利用所开发的FDM打印系统，实现了高强度PEEK的3D打印，并对特定患者的PEEK骨植入物实现了表面改性。首次通过体内和体外实验研究钛修饰的3D打印PEEK样品的性能，实验证明钛修饰的3D打印PEEK支架增强了细胞增殖、分化和骨再生能力。综上所述，本文提出的组合方法有望实现具有增强生物功能的个性化PEEK植入体的制造。

参考文献：
Jung, H. D. et al. Enhanced bioactivity of titanium-coated polyetheretherketone implants created by a high-temperature 3D printing process. Biofabrication 11, 18, doi:10.1088/1758-5090/ab376b (2019).

供稿人:苏艳文，贺健康 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室