行業(yè)資訊
2025-12-22
深那 
骨整合是骨科植入物成功應用的關(guān)鍵，直接決定植入物與周圍骨組織的穩(wěn)定結(jié)合及長期功能。聚醚醚酮（PEEK）因生物相容性優(yōu)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(guān)節(jié)置換等領(lǐng)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(fā)表于《Plasma Processes and Polymers》的一項研究，首次系統(tǒng)探究了等離子體表面改性與三維結(jié)構(gòu)化結(jié)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(guān)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(shù)制備PEEK樣品，使用商用PEEK絲材（直徑1.75mm），打印參數(shù)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(jié)構(gòu)樣品，通過微計算機斷層掃描驗證表面結(jié)構(gòu)與孔徑。
聚醚醚酮（PEEK）的不同表面結(jié)構(gòu)
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(shù)
（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(guān)測試：選用SAOS-2成骨細胞，經(jīng)培養(yǎng)后進行毒性測試（依據(jù)DIN EN ISO 10993標準）和2D/3D增殖測試，通過WST-8法結(jié)合相位差顯微鏡定性定量分析。
PART. 02
核心研究發(fā)現(xiàn)
潤濕性顯著改善
未處理PEEK（SM0）接觸角約90°，呈疏水性；經(jīng)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(jīng)處理表面的接觸角測量結(jié)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(xiàn)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(yōu)。
3D細胞增殖
所有3D結(jié)構(gòu)的細胞增殖率均隨培養(yǎng)時間延長而升高，且顯著高于2D表面；螺旋結(jié)構(gòu)（B、C類）的細胞增殖率顯著高于直線結(jié)構(gòu)（A類），且增殖率隨培養(yǎng)時間延長而提升；較小孔徑的C類螺旋結(jié)構(gòu)（孔徑約697μm）表現(xiàn)最佳，21天培養(yǎng)時增殖率達76%。
PART. 03
研究結(jié)果討論
本研究首次系統(tǒng)評估了等離子體表面改性與3D結(jié)構(gòu)化對增材制造PEEK植入物骨整合性能的協(xié)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(jié)構(gòu)的骨整合潛力優(yōu)于直線型結(jié)構(gòu)；其中羥基改性（SM4）與螺旋型結(jié)構(gòu)C（孔徑約697μm）的組合可使細胞增值率在14天內(nèi)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(shù)方案。
經(jīng)改性的三維PEEK結(jié)構(gòu)A、B、C上的細胞增殖情況
PART. 04
深那產(chǎn)品推薦
SN-ZK真空等離子處理儀支持40kHz、13.56MHz頻率定制，高真空度腔體可產(chǎn)生高密度均勻等離子體，適配復雜形狀植入物處理；配備2-4路工藝氣體通道，支持O?、NH?、Ar多種氣體單獨或混合通入，實現(xiàn)羥基、氨基等功能化制備。設備真空度可達10Pa以下，搭載高精度流量控制與大屏觸控操作，具備多重安全防護，支持多種腔體結(jié)構(gòu)定制和工藝參數(shù)存儲追溯，適配多場景應用需求。
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.
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