醫(yī)用聚醚醚酮表面功能化的構(gòu)建及抗菌性能研究進展

劉昕宇 ，趙泓蒔 ，王兆乾 ，潘育松 ，潘成嶺 ，2

(1.安徽理工大學材料科學與工程學院，安徽淮南 232001； 2.安徽理工大學環(huán)境友好材料與職業(yè)健康研究院(蕪湖)，安徽蕪湖 241003)

聚醚醚酮(PEEK)是一種半結(jié)晶線型多環(huán)熱塑性塑料，具有優(yōu)良的力學性能、耐腐蝕性、耐磨性、自然射線可透性、生物相容性等優(yōu)異性能。因此，近年來已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學領(lǐng)域，可以作為人工骨骼脊柱、關(guān)節(jié)和下頜骨等的替代品[1-5]。然而，PEEK具有固有的生物惰性，缺乏自主抗菌性能，細菌粘附和材料表面的增殖會引起炎癥，導(dǎo)致骨整合和種植體相關(guān)感染，這被認為是種植體失敗的主要因素[6-8]。所以，需要進一步的表面改性以賦予PEEK材料具有更多生物學特性。筆者介紹了PEEK表面功能化抗菌方法及研究進展，并對各種方法的抗菌機制進行了系統(tǒng)性的闡述。

1 負載抗菌藥物

抗菌藥物是指具有殺菌和抗菌活性的藥物，抗菌藥物的加入不僅可有效提高PEEK材料的抗菌性能，而且在一定程度上提升其生物活性和骨整合性。因此，利用抗菌藥物對PEEK改性是一種具有很大前景的方法。用于提升PEEK抗菌性的藥物主要有抗菌肽、β防御素、氨芐青霉素、萬古霉素鹽等。

抗菌藥物主要是通過破壞細胞壁、增強吞噬細胞活性、釋放抗菌素等作用機制達到抗菌效果。Meng等[9]利用聚多巴胺(PDA)輔助沉積的方法，將抗菌肽KR-12固定于PEEK植入物的表面，以達到抑制細菌感染以及促進成骨和骨整合的目的?？咕腒R-12的氨基酸序列所含有的正電荷胺基團可以通過電荷效應(yīng)將帶負電荷的細菌細胞募集到抗菌肽KR-12修飾的表面并破壞細菌細胞壁，達到抗菌的目的。Yuan等[10]通過凍干法將β-防御素14 (MBD-14)固定在三維多孔磺化PEEK (SPEEK)表面用于提升SPEEK的抗菌活性和骨整合性。結(jié)果表明，經(jīng)過冷干凍處理，MBD-14成功地負載到多孔SPEEK表面，對革蘭氏陽性菌(金黃色葡萄球菌)和革蘭氏陰性菌均表現(xiàn)出持久而強大的抗菌活性，同時，負載MBD-14的SPEEK可有效促進骨整合和蛋白質(zhì)的表達。Yang等[11]通過凍干法將腸道微生物群的發(fā)酵產(chǎn)物丁酸鈉負載到三維多孔SPEEK表面。結(jié)果表明，負載丁酸鈉的SPEEK表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌活性和成骨活性，巨噬細胞的吞噬活性隨著丁酸鈉濃度的增加而增大，加強活性氧(ROS)的產(chǎn)生，提高了殺菌性能。Mei等[12]采用冷壓燒結(jié)法合成孔徑約為10 nm的納米多孔五氧化二鉭顆粒與PEEK混合的復(fù)合材料樣品(PN)。隨后，用濃硫酸處理PN，在磺化的PN (SPN)表面上形成微孔結(jié)構(gòu)。最后，將染料木素(GT)加載到SPN (SPNG)的多孔表面，復(fù)合材料顯示出高GT負載能力和GT持續(xù)釋放能力。與PN相比，具有微孔和納米孔表面的SPN表現(xiàn)出更高的粗糙度、親水性和表面能。由于—SO3H基團的協(xié)同作用和GT的持續(xù)釋放，SPNG具有優(yōu)異的抗菌活性，可在體外抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長。此外，SPNG進一步刺激了骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSC)反應(yīng)、增強了骨整合并加速成骨，可作為骨替代物的載藥植入物。Chen等[13]用簡單的化學合成方法在PEEK表面制備ZnO納米陣列，然后浸泡在各種濃度的氨芐青霉素和萬古霉素的溶液中，氨芐青霉素和萬古霉素被吸附到ZnO納米陣列表面。研究發(fā)現(xiàn)，ZnO/氨芐青霉素或ZnO/萬古霉素樣品均表現(xiàn)出對金黃色葡萄球菌良好的抗菌性能，且抗菌性能高于單獨的ZnO，說明添加適量抗生素的樣品對金黃色葡萄球菌的生長具有良好的抑制作用。Xue等[14]通過逐層沉積的方法，將包含硫酸慶大霉素(GS) 的透鈣磷石(CaHPO4·2H2O)沉積在PEEK表面，從而獲得GS和CaHPO4·2H2O共同改性的PEEK，以實現(xiàn)抗菌能力和促進細胞分化的雙重功能。同時，通過調(diào)控CaHPO4·2H2O和GS的含量，可實現(xiàn)對改性PEEK抗菌能力和骨整合能力的同時優(yōu)化。

雖然單一抗菌藥物可以提升PEEK的抗菌性能，但其遠未達到理想的抗菌效果?；诖?，通過多種藥物的共負載，利用抗菌藥物間的協(xié)同作用，可進一步提升PEEK的抗菌性和生物相容性。Lau等[15]通過3D打印制備PEEK基材料，以可生物降解的聚乳酸-乙醇酸共聚物為表面改性劑，將氨芐青霉素和/或萬古霉素負載于PEEK表面。研究發(fā)現(xiàn)，負載在PEEK表面的兩種抗生素的釋放，使其抗菌性能得到顯著提升，且抗菌性明顯優(yōu)于單一抗生素負載的PEEK。Xu等[16]采用PDA輔助沉積的方法將負載地塞米松/米諾環(huán)素(Dex/Mino)的脂質(zhì)體負載在PEEK表面，增強其抗菌、消炎和骨整合能力，并且有效調(diào)節(jié)細胞的炎癥反應(yīng)及阻止體外細菌的產(chǎn)生。功能化表面釋放的Mino具有顯著的抗菌作用；同時，由于Dex的釋放，在改性的功能性表面增強骨誘導(dǎo)和骨傳導(dǎo)能力，從而使得干細胞的成骨分化得到明顯改善。Gao等[17]則通過PDA輔助沉積法將鹽酸莫西沙星(MOX)和成骨生長肽(OGP)兩種藥物同時負載在多孔SPEEK表面，雙功能化PEEK表面的MOX顯著提升了PEEK的抗菌能力，而OGP的存在則增強了細胞的粘附、增殖和成骨分化能力。Zou等[18]通過溶膠-凝膠法合成納米多孔硅酸鎂鈣(n-MCS)生物活性玻璃，將n-MCS顆粒涂覆在PEEK表面，再將染料木黃酮(GS)和姜黃素(CR)雙重藥物載入n-MCS顆粒涂層中。結(jié)果顯示，釋放CR明顯抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長，具有良好的抗菌活性。釋放GS進一步促進體內(nèi)成骨和骨整合，促進骨整合性能。此外，與PEEK相比，涂覆n-MCS顆粒增強了PEEK表面的粗糙度、潤濕性和磷灰石形成能力，進一步促進了抗菌性能和骨整合性能。

多種抗菌藥物的同時負載，有助于增強材料的骨整合性和抗菌性能。多功能PEEK具有巨大的臨床潛力。

2 負載抗菌金屬離子

金屬離子的抗菌性主要是通過破壞細菌細胞壁、產(chǎn)生細胞潰爛、使菌體斷裂的方式進行。金屬離子進入細菌菌體內(nèi)，攻擊細胞核，使細菌菌體發(fā)生變性，最終導(dǎo)致細菌細胞死亡，從而達到抑制細菌生長繁殖的效果。用于PEEK植入材料的抗菌金屬離子主要有Ag，Cu，Zn離子等。

Deng等[19]通過PDA輔助沉積法在3D打印的PEEK表面負載Ag納米顆粒，結(jié)果表明，Ag納米顆粒沉積的PEEK支架對革蘭氏陰性和革蘭氏陽性細菌均表現(xiàn)出顯著的抗菌效果，其作用機制主要是通過接觸殺傷和釋放殺傷破壞現(xiàn)有的生物膜。此外，Ag納米顆粒的存在并不影響細胞的成骨分化和細胞增殖。Liu等[20]通過磁控濺射成功地在PEEK表面制備了致密均勻的Ag納米顆粒改性層。改性的PEEK植入物的抗菌活性和細菌粘附能力得到增強，且未表現(xiàn)出細胞毒性。Cruz-Pacheco等[21]使用簡單的化學法將Ag納米顆粒負載到PEEK表面上，用Ag納米顆粒改性的PEEK表面對革蘭氏陽性細菌和革蘭氏陰性細菌顯示出優(yōu)異的抗菌效果。

Cu離子的抗菌機制是通過破壞蛋白質(zhì)和產(chǎn)生ROS來殺死細菌，從而達到抗菌效果。Liu等[22]通過磺化在PEEK生物材料表面制造了一種用于捕獲金黃色葡萄球菌的多孔微結(jié)構(gòu)，然后使用磁控濺射技術(shù)將可殺死細菌的Cu納米粒子固定于SPEEK表面。結(jié)果顯示，固定Cu納米粒子的SPEEK表面的多孔結(jié)構(gòu)可高效捕獲金黃色葡萄球菌，同時，固定Cu納米粒子的SPEEK表面的Cu納米粒子的釋放可以誘導(dǎo)大多數(shù)巨噬細胞極化并增強巨噬細胞對金黃色葡萄球菌的吞噬能力，達到增強抗菌的作用。

Li等[23]使用等離子體浸沒離子注入技術(shù)將Zr離子注入到碳纖維(CF)增強PEEK中。植入Zr離子后，可以增強基材的硬度、彈性模量、彈性阻力，同時增強生物活性。Zr離子本身具有抗菌能力，研究發(fā)現(xiàn)，等離子注入Zr離子后，CF增強PEEK對金黃色葡萄球菌具有明顯的抗菌活性，但對大腸桿菌沒有影響。他們推測，有兩種可能的作用機制導(dǎo)致CF增強PEEK對金黃色葡萄球菌具有獨特的抗菌活性。隨著Zr離子的注入，可能導(dǎo)致ROS的形成并抑制金黃色葡萄球菌的粘附。根據(jù)堿性效應(yīng)，在ZrO2表面周圍形成羥基可能會導(dǎo)致樣品表面局部PH值升高，從而抑制細菌的粘附。

研究表明，抗菌金屬離子可以提升PEEK的抗菌性，但其遠未達到理想的抗菌效果?；诖?，通過多種抗菌離子的共負載，利用抗菌金屬離子間的協(xié)同作用，可進一步提升PEEK的抗菌性和生物相容性。Yan等[24]研究了用絲素蛋白在多孔PEEK表面上構(gòu)建用Ag納米顆粒裝飾的CuO微球?qū)嶒灒肞DA輔助沉積的方法在CuO微球表面沉積Ag納米顆粒，使材料具備優(yōu)異的抗菌能力。研究認為，CuO/Ag納米顆粒使材料具有更高的抗菌能力和生物活性，CuO/Ag納米顆粒的抗菌能力受pH的影響，Cu離子和Ag離子的釋放量隨著pH值的降低而顯著增加，從而具有更強的殺菌效果。為進一步提升PEEK的抗菌性能，Deng等[25]通過逐層自組裝的方法將Ag和ZnO納米顆粒同時負載于具有3D微孔/納米孔SPEEK的表面。結(jié)果表明，相較于的單獨負載Ag離子或Zn離子的SPEEK，同時負載Ag/Zn的SPEEK植入物具有更好的抗菌活性、細胞相容性和促進成骨細胞分化的能力。這主要歸因于離子誘導(dǎo)和3D多孔拓撲結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。

為實現(xiàn)PEEK植入材料抗菌性能和生物活性的雙功能化，通過抗菌性金屬離子與生物活性陶瓷雙負載于PEEK材料表面是一種有效的方法。Seuss等[26]通過電泳沉積法在PEEK表面制備了生物活性玻璃和Ag納米顆粒復(fù)合涂層。結(jié)果表明，PEEK基材可促進生物活性玻璃顆粒的均勻沉積，而Ag納米顆粒不會干擾電泳沉積過程，并且確保涂層對大腸桿菌的抗菌作用。Sikder等[27]研究了借助微波輻射技術(shù)在PEEK表面上涂覆摻雜Ag納米顆粒的磷酸三鎂涂層，改性后的PEEK涂層具有良好的抗菌性能和生物活性。這主要是因為涂層中Ag離子的持續(xù)釋放，促使對大腸桿菌產(chǎn)生顯著的抗菌效果；而親水性、亞微米表面粗糙度和良好的細胞相容性等因素使前成骨細胞(MC3T3)粘附、增殖增強。

3 抗菌金屬離子/藥物協(xié)同抗菌性

為進一步提升單一抗菌金屬離子或抗菌藥物負載PEEK植入材料的抗菌性能，通過抗菌金屬離子和藥物的雙負載，利用金屬離子和藥物的協(xié)同作用，可以有效提高改性PEEK材料的抗菌性能和生物相容性。

Yan等[28]在多孔SPEEK表面負載摻有絲素蛋白(SF)/GS涂層的Ag納米顆粒。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單獨摻入Ag納米顆粒或者GS的SPEEK并無顯著的抗菌能力，而共同摻入Ag和GS的SPEEK具有優(yōu)良的抗菌性能。表明Ag和GS之間的協(xié)同作用提高了抗菌能力。Yu等[29]使用多巴胺自聚合法在PEEK表面負載Ag納米顆粒，然后通過旋涂的方法在PEEK表面形成一層羧甲基殼聚糖(CMC)薄膜，最后將骨形成肽(BFP)負載在PEEK表面。結(jié)果顯示，Ag納米顆粒修飾的PEEK對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌具有良好的抑制作用。負載CMC薄膜可以控制Ag離子在表面的釋放。負載BFP后的PEEK比純PEEK具有更好的生物活性，可促進細胞增殖和成骨分化。Yan等[30]用PDA 輔助沉積法將檸檬酸Cu納米團簇負載在多孔SPEEK表面。檸檬酸鹽能夠穿過細菌膜并導(dǎo)致細菌死亡，Cu離子可以增加細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，通過干擾細菌的不同代謝而殺死細菌。研究表明，Cu離子檸檬酸鹽絡(luò)合物可視為一種納米抗生素，對細菌膜的破壞比單獨使用Cu離子或檸檬酸鹽更大，它們之間存在協(xié)同作用，會破壞蛋白質(zhì)，導(dǎo)致細菌死亡。同時，會使更多的Cu離子流入到細菌中，并導(dǎo)致細菌內(nèi)部Cu離子的濃度局部增高。局部濃度增高的Cu離子通過催化芬頓反應(yīng)和羥基自由基的形成來提高細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，升高的ROS會導(dǎo)致脫氧核糖核酸(DNA)損傷和特定酶活性的抑制，對細菌造成有害影響。Cu離子檸檬酸鹽絡(luò)合比Cu離子或者檸檬酸鹽具有更強的抗菌性能和生物活性。

因此，在PEEK表面同時加入抗菌離子和抗菌藥物，不僅能夠使抗菌性能得到提高，還能使生物活性得到改善，這得益于抗菌離子和抗菌藥物的協(xié)同作用。

4 負載光/熱催化劑

利用光/熱催化劑的催化氧化效應(yīng)及熱效應(yīng)，實現(xiàn)PEEK植入材料抗菌性能的提升，成為近年來研究的熱點。Qin等[31]采用靜電粉末噴涂方法在Ti-6Al-4V (TC4)合金上制備了氧化石墨烯(GO)/CF/PEEK復(fù)合涂層。結(jié)果顯示，GO/CF/PEEK涂層對金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出極好的抑制作用。這主要得益于GO可產(chǎn)生ROS，破壞DNA和蛋白質(zhì)，最終導(dǎo)致細菌死亡。Ouyang等[32]用簡單的浸涂方法制備GO改性SPEEK，表現(xiàn)出更出色的抗菌活性和細胞相容性。這主要得益于GO的存在使材料提高了對大腸桿菌的抗菌性能和生物相容性，而磺化后的多孔微/納米結(jié)構(gòu)為GO的負載提供了更多的位點。同時，多孔的表面結(jié)構(gòu)使細胞更好地增殖和分化。Wang等[33]將GO納米片、PDA納米膜和寡肽組裝到多孔的SPEEK表面。結(jié)果顯示，這種新型的多功能納米涂層能提高細胞相容性和改善體內(nèi)骨形成，與單一的GO和PDA涂層相比，SPEEK樣品上的GO/PDA混合涂層在照射后產(chǎn)生了更多的ROS。GO/PDA二維納米涂層的抗菌活性的機制可歸因于光熱/光動力治療協(xié)同作用。作為一種天然色素，PDA具有良好的近紅外吸收能力，使其能夠增強GO納米片的光捕獲能力。在近紅外光下，光生電荷出現(xiàn)并從最高占據(jù)分子軌道躍遷到最低未占據(jù)分子軌道(LUMO)。GO和PDA 之間通過π-π堆疊和靜電相互作用的緊密接觸提供了從PDA的LUMO到具有窄帶隙的GO納米片的快速電子遷移途徑，增強了電子-空穴對的分離。Shuai等[34]將納米TiO2摻入PEEK/聚乙醇酸共混物中，以通過選擇性激光燒結(jié)構(gòu)建抗菌支架。結(jié)果顯示，納米TiO2支架表現(xiàn)出有效的抗菌活性，這歸因于納米TiO2通過發(fā)生接觸作用并產(chǎn)生ROS對細菌造成機械和氧化損傷，從而破壞細菌的結(jié)構(gòu)和功能。

為了進一步提升PEEK的抗菌性能和生物相容性，通過光熱催化劑和抗菌藥物的共同負載，利用光熱催化劑和抗菌藥物的協(xié)同作用，可以有效提高PEEK的抗菌性能和生物相容性。Ouyang等[35]用PDA涂覆SPEEK的表面，然后用GO和負載Dex的脂質(zhì)體進行修飾，獲得GO和Dex共同修飾的SPEEK。結(jié)果顯示，GO和脂質(zhì)體邊緣的親水基團，例如：—OH和COO—，可以通過靜電相互作用吸收蛋白質(zhì)，控制細胞粘附并刺激特征基因表達，因此，GO與負載Dex的脂質(zhì)體的協(xié)同作用能促進細胞的粘附和擴散，增強細胞相容性。此外，GO抑制了細菌的生長，GO的鋒利邊緣部分會對細菌施加膜壓力，從而導(dǎo)致細胞破壞。同時，GO會產(chǎn)生源自ROS的氧化應(yīng)激，損害細菌DNA和結(jié)構(gòu)。Yin等[36]使用簡單的PDA輔助沉積法將二維過渡金屬碳（氮）化物(MXene)納米片和妥布霉素(TOB)共同加載到SPEEK表面，然后在其上加入甲基丙烯酸明膠(GelMA)水凝膠，得到一種新型多功能植入物。這種新型多功能植入物可以促進腫瘤細胞死亡，對抗病原菌，促進成骨作用。MXene納米片不能獨立表現(xiàn)出具有持續(xù)的抗菌作用，但新型多功能植入物產(chǎn)生的協(xié)同殺菌效果顯著增強，MXene納米片通過直接接觸顯著提高了PEEK的抗菌能力；此外，釋放的TOB通過抑制細菌蛋白質(zhì)合成，增強了MXene納米片的殺菌性能。

可見，在PEEK表面摻入光熱催化劑可以有效地改善材料的抗菌性能和生物活性，GO，TiO2等光熱催化劑可以通過光熱/光動力協(xié)同治療，抑制細菌生長等方法達到抗菌和改善生物活性的效果。

5 表面織構(gòu)化調(diào)控

由于細菌等耐藥性的提高，抗生素的抗菌性受到一定程度的限制。此外，為了減少抗生素的使用，通過改變材料表面的形狀、大小、尺寸和分布等顯著影響細菌的生物行為，從而使材料表面在不摻入抗菌藥物的情況下，仍然具有抗菌效果，成為目前PEEK植入材料抗菌性能研究的一個熱點方向。

Xian等[37]等通過PDA輔助沉積法在PEEK上負載銳鈦礦型TiO2涂層，結(jié)果顯示，TiO2的納米結(jié)構(gòu)表面形貌促進了成纖維細胞和成骨細胞的粘附和增殖，減少了巨噬細胞粘附，降低了炎癥因子的表達，更重要的是，抑制了金黃色葡萄球菌和變形鏈球菌的生長。Wang等[38]通過3D打印技術(shù)構(gòu)建了具有蟬翼織構(gòu)表面的PEEK材料，研究發(fā)現(xiàn)，具有蟬翼表面微觀結(jié)構(gòu)PEEK的抗菌性明顯優(yōu)于普通PEEK材料，銅綠假單胞菌和表皮葡萄球菌在具有蟬翼表面微觀結(jié)構(gòu)PEEK表面上的粘附和生長明顯降低。表明可以通過對PEEK表面織構(gòu)化等物理手段，而非使用抗菌劑或抗菌藥物來提升PEEK的抗菌性能。Lu等[39]把Zn和O等離子體浸沒離子注入CF增強PEEK表面，實現(xiàn)Zn的摻入和在表面引入獨特的微/納米結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，在CF增強PEEK表面形成的Zn/O多級結(jié)構(gòu)對生物膜呈陽性的細菌，如金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌表現(xiàn)出很強的抗菌活性。但對生物膜呈陰性的細菌，如大腸桿菌、假單胞菌的抗菌效果卻較差?？赡艿脑蚴窃赯n/O改性的PEEK 表面，會形成與細菌結(jié)構(gòu)尺寸相似的微觀結(jié)構(gòu)。因此，生物膜呈陽性的細菌會被分開并困在這些微觀結(jié)構(gòu)形成的微坑中，減少與相鄰細菌的接觸，從而有效阻止或延緩了細菌生物膜的形成，最終達到抗菌性能提高的目的。Ouyang等[40]使用濃硫酸磺化的PEEK制造三維(3D)網(wǎng)絡(luò)。隨后進行水熱處理以去除殘留物并調(diào)節(jié)溫度，以獲得不同硫濃度的SPEEK。研究發(fā)現(xiàn)，所有磺化樣品均顯示出對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌性能，尤其是對金黃色葡萄球菌具有優(yōu)異的抗菌性能。含硫濃度高的SPEEK雖然具有良好的抗菌能力，但與細胞相容性差，因此，只有通過水熱處理優(yōu)化硫濃度才能達到適當?shù)钠胶?。在較低的硫濃度下，硫釋放較少，抗菌能力降低，但骨重塑加強。其中，在120℃水熱處理后的SPEEK具有良好的抗菌能力和細胞相容性，這得益于3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和相對較小的硫濃度。Chen等[13]使用化學合成方法在PEEK基底上合成了作為抗生素載體的ZnO納米棒陣列。研究發(fā)現(xiàn)，當細胞附著在ZnO納米棒陣列微結(jié)構(gòu)上時，它可以使金黃色葡萄球菌膜破裂，從而有效破壞細胞膜，最終提高抗菌性能。

6 摻雜生物活性涂層

為了改善PEEK材料的生物惰性，在PEEK植入物與骨整合過程中常用生物活性涂層來提高PEEK的生物活性。某些特定的生物活性涂層不僅能夠促進和誘導(dǎo)骨的生成，還能夠破壞細菌的細胞膜，從而達到抗菌效果。Yu等[41]通過物理氣相沉積法在PEEK表面沉積Mg涂層。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Mg涂層可以強烈殺死金黃色葡萄球菌，抗菌率達到99%，沉積Mg涂層的PEEK表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能。同時，Mg涂層還可有效提升PEEK的生物活性。Gümü?等[42]通過磁控濺射法在PEEK表面制備了Ti/Mg/Ag梯度復(fù)合涂層以改善PEEK植入物的抗菌性能。結(jié)果顯示，由Ti構(gòu)成的底層可以有效提升PEEK的彈性模量且具有骨傳導(dǎo)性，由Mg構(gòu)成的中間層可以提高生物活性，由Ag構(gòu)成的抗菌劑表層可以提高抗菌能力。Wang等[43]將納米氟化羥基磷灰石(n-FHA)與PEEK復(fù)合制備了PEEK/n-FHA生物復(fù)合材料。結(jié)果表明，PEEK/n-FHA生物復(fù)合材料的體外初始細胞粘附和增殖得到改善。此外，在PEEK/n-FHA生物復(fù)合材料上培養(yǎng)的細胞中也檢測到更高的堿性磷酸酶活性和細胞礦化作用，有效促進了骨整合能力。更重要的是，所制備的PEEK/n-FHA生物復(fù)合材料可以有效地阻止細菌的增殖和生物膜的形成，提高了PEEK/n-FHA生物復(fù)合材料的生物相容性和抗菌活性。Niu等[44]研究了PEEK/納米硅酸鎂(n-MS)復(fù)合材料的抗菌性能和生物活性。發(fā)現(xiàn)改性后的PEEK復(fù)合材料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出良好的抗菌活性，并且能顯著促進BMSC的黏附、擴散、增殖和分化。Wang等[45]通過簡單的化學沉淀法將紅色Se納米顆粒沉積在PEEK表面，紅色Se納米顆?？梢栽诩訜嵯罗D(zhuǎn)變?yōu)榛疑{米顆粒，改性后的PEEK表面具有優(yōu)異的抗菌效果。結(jié)果顯示，與沒有Se涂層的PEEK相比，具有紅色或灰色Se涂層的PEEK在1，2，3 d后顯著抑制了銅綠假單胞菌的生長。PEEK表面上的紅色或灰色Se涂層降低了PEEK的親水性，對抑制細菌生長起到重要作用。

7 結(jié)語

PEEK具有與自然骨相似的力學特性及優(yōu)良的生物相容性，作為骨修復(fù)與骨植入材料得到廣泛應(yīng)用。通過對PEEK材料表面功能化修飾，賦予了PEEK所不具備的抗菌性和生物活性，從而將會進一步提升PEEK作為骨科植入物等材料在臨床中的應(yīng)用。

PEEK表面各種功能化修飾雖然在一定程度上解決了PEEK骨科植入材料的抗菌性及術(shù)后抗感染的問題。但是，考慮到PEEK作為骨科植入材料將會與自然組織長期共處，其研究的深度和廣度有待進一步加強。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：(1) PEEK表面功能化修飾負載抗菌性金屬離子或藥物雖能有效提升PEEK植入材料的抗菌性，但抗菌性金屬離子均存在一定的細胞毒性，且隨金屬離子含量的增加，細胞毒性上升。另一方面，改性PEEK的抗菌性與抗菌性金屬離子密切相關(guān)，隨金屬離子含量增加，抗菌性能增強。因此，如何優(yōu)化細胞毒性與抗菌性性能是未來研究方向之一；(2)改性PEEK植入材料對細菌的抗菌機制和骨整合機制的研究有待進一步加強；(3)眾多研究表明，通過多功能化修飾PEEK植入材料可有效提升PEEK的抗菌性和生物活性，但其多功能化之間的協(xié)同作用機制有待深入研究，這也將成為未來PEEK表面功能化研究的一個重要方向。