PEEK因具有良好的生物相容性、力学性能、化学稳定性、X射线可穿透性以及易加工等，被广泛用于骨科、口腔、整形外科以及心脏瓣膜等医疗领域。但长期临床跟踪和研究发现，PEEK植入人体内的组织整合效果不佳，包括：（1）PEEK植入后会触发宿主自我保护机制，产生异物反应，造成炎性纤维囊和皮下积液等，影响组织整合;（2）PEEK材料缺乏生物活性，促组织修复能力差；（3）PEEK材料不具有抗菌性能，存在术后感染风险，导致植入体失效。为此，本课题组利用表面改性技术调控医用聚醚醚酮表面结构与化学组成，赋予其对细胞/细菌的选择性生物学功能；并探究表面对细胞/细菌选择性生物学效应作用机制，为解决PEEK在临床应用中面临的骨整合质量差及术后细菌感染等问题提供细胞及分子层面的理论依据。 

　　1.PEEK材料表面物理改性及性能调控 

　　聚醚醚酮具有化学惰性，因此对其表面改性经常采用的是表面物理改性。利用等离子体浸没离子注入与沉积(plasma immersionion implantation & deposition，PIII&D)技术可在聚醚醚酮表面引入多种元素或者化学官能团，实现对材料力学性能、生物活性以及抗菌性的调控，具有较佳的应用前景。研究发现钽离子注入聚醚醚酮表面弹性模量与人皮质骨非常接近(Biomaterials, 2015, 51:173-183)，能够促进大鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化，在牙科和骨科植入物方面有很大的应用前景。另外通过水蒸气等离子体浸没离子注入能够在材料表面形成羟基官能团，从而提高了聚醚醚酮的生物活性（Colloid. Surface. B, 2014, 117:89-97）。同时发现钛离子注入改性碳纤维增强聚醚醚酮具有良好的抗菌性(Biomaterials, 2014, 35:5731-5740, Biomaterials 83 (2016) 207e218)； 氟化聚醚醚酮 (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9: 16824？16833)也具有良好的抗菌性能。

　　 

　　图1 钛离子注入改性碳纤维增强PEEK表面微纳结构形成机理示意图 

　　  

　　2. PEEK材料表面化学改性及生物学性能调控 

　　聚醚醚酮虽然具有化学惰性，但是也能够被浓硫酸磺化处理。研究发现经过浓硫酸磺化处理后(Biomaterials, 2016, 83:115-126)，聚醚醚酮表面能够出现三维网络结构（图2），并且在材料表面形成磺酸基基团，能够提高材料的生物性能，并且具有一定的抗菌性。另外也可以利用其三维网络结构，来进一步装载药物、蛋白质等，拓展聚醚醚酮的生物应用领域。例如在聚醚醚酮的三维网络结构上可构建具有pH响应的阿霉素缓释系统(Colloids Surf., B 2018, 163, 175-183.)。 

　　 

　　图2 磺化处理PEEK表面形貌与元素分析示意图 

　　采用磺化-水热相结合的方法构建除硫磺化PEEK，并发现其具有丰富的三维网络结构和磺酸基是良好的载体，实现了对辛伐他汀的负载和缓释，促进了H血管和骨重建（图3）。发现H血管和骨重建与缺氧诱导因子HIF-3α密切相关，降低与HIF-1β的竞争性结合，可增强HIF-1/2a的活性，促进成骨和成血管相关基因表达（Chemical Engineering Journal, 2022; 137738）。

图3. 磺化PEEK载药缓释体系构建及成骨效应示意图

　　在假体周围关节感染治疗中，清除脂多糖（LPS）和杀死细菌对促进骨修复均具有重要作用。脂多糖不仅是细菌细胞壁的重要组成结构，也是调节巨噬细胞反应的重要分子。在本研究中，我们将壳聚糖与葛根素通过固相反应合成了纳米线状复合材料P@C，壳聚糖作为菌膜穿刺剂，葛根素作为LPS靶剂，协同破坏菌膜结构，抑制其恢复，使P@C具有良好的抗菌性能（图4）。此外，P@C还具有很好的调节就是细胞功能的作用。体内实验结果表明，P@C在大肠杆菌感染大鼠中表现出优异的骨再生能力，这是由于P@C具有清除LPS和调节巨噬细胞分化的能力。（Bioactive Materials, 2023, 21, 520-530）。接着，通过使用糖尿病小鼠皮肤缺损模型对其免疫调控能力进行研究发现，C@P通过调节miR-29ab1介导的巨噬细胞相关炎症反应，促进糖尿病伤口愈合。（Bioactive Materials, 2023, 19, 653-665）。

图4. 巨噬细胞表型调控改善PEEK抗菌/成骨性能示意图

　　智能控制免疫反应对于获得具有良好杀菌和组织修复能力的经皮植入物至关重要。本研究构建了聚吡咯(Ppy)纳米颗粒包裹磺化聚醚醚酮(SP)表面的三维框架，通过形成模拟钢筋混凝土的协同结构提高了磺化层的表面模量和硬度，并表现出优异的光热效应（图5）。通过对808 nm近红外(NIR)光的响应，Ppy改性SP能迅速在表面积聚热量，从而杀死细菌，破坏生物膜；同时在近红外刺激下，激活补体3及其受体CD11b，从而增强Ppy改性SP上巨噬细胞的吞噬作用和M1型激活，加速有利细菌清除。NIR刺激消失后，Ppy改性SP组细胞的吞噬作用和M1激活减弱，有利于组织修复。Ppy改性SP由于其较高的表面模量，通过诱导M2极化促进胶原蛋白-I、血管内皮生长因子、结缔组织生长因子和α-肌动蛋白(Acta2)的表达。总体而言，具有力学性能增强的Ppy改性SP通过近红外刺激吞噬开关和可切换巨噬细胞激活的作用机制，是临床经皮植入物的一个很好的候选材料（Advanced Science. 2022, 2205048）。

图5. 智能调控巨噬细胞功能改善PEEK抗菌/修复作用示意图