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聚醚醚酮在口腔临床中的应用现状

发布时间:2021-09-07

   聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)是在1978年由英国帝国化学工业集团(后发展为Victrex公司)开发出来的一种高分子化合物。PEEK具有良好的物理性质和化学性质,例如:其力学强度高、耐磨损、抗腐蚀、可透X线、密度小,具有良好的生物相容性和潜在的抑菌性。PEEK良好的力学性能表现在:较高的拉伸强度和断裂强度,尤其重要的是,PEEK的弹性模量为3~4 GPa,这比通常使用的钛以及钛合金材料(弹性模量约为110 GPa)更接近人类骨密质的弹性模量(约14 GPa),与人类骨密质相似的弹性模量使得PEEK能有效避免由应力遮蔽造成的骨吸收,从而使得PEEK成为医学领域重要的骨替代材料。


      PEEK从1980年应用于人类医学领域以来,以Invibio公司的医用级PEEK材料PEEK-Optima为代表,逐渐发展应用于脊柱外科椎间融合器、手指假体、髋关节假体等的植入物。1988年PEEK材料被证实可用于口腔领域,但应用于口腔不同方面所需的材料性能也有所差异,通过添加填料制备复合材料可以在一定程度上调整材料性能,以达到更广泛的适应范围。德国Bredent公司推出的BioHPP和赢创工业集团推出的VESTAKEEP瓷增强型PEEK,比纯PEEK具有更高的硬度、弹性模量和表面抛光性,现已投入市场,用于制作固定义齿及可摘义齿修复体、种植基台等领域。


  此外,PEEK材料还在种植体、微种植体支抗和正畸弓丝方面有一定的应用可能,下面就PEEK材料在口腔医学领域的应用作简要综述。
  1.PEEK在口腔修复中的应用
  1.1可摘局部义齿卡环及支架材料
  为了获得良好的固位力,临床上使用的卡环及支架材料多为金属材质,但其质重不合适,且固有的金属色泽不符合美观要求。PEEK密度小,质轻,色白且不易变色,可以弥补金属卡环美观及合适度的不足。此外体外实验表明,与传统失蜡技术相比,计算机辅助设计(computer aided design,CAD)/计算机辅助制作(computer aided manufacture,CAM)铣削技术制作的可摘局部义齿具有更好的贴合性,为更准确更省时的PEEK可摘局部义齿制作提供了依据。但是研究表明,PEEK卡环的固位力低于钴铬卡环,为改善这一问题,维尔德公司通过添加百分之20直径小于0.5μm的陶瓷颗粒,制备BioHPP(PEEK基陶瓷增强型高性能聚合材料),增加了PEEK的硬度、弹性和抗弯强度,加之合理设计卡环形态,可以尝试应用于临床。
       目前CAD/CAM制作的BioHPP卡环及支架,已用于美观及合适度需求较高、味觉敏感、金属过敏的患者。但由于缺乏相关系统评价,PEEK尚不能取代金属卡环及支架在可摘局部义齿中的地位。
  1.2固定义齿材料
  尽管PEEK的弹性模量和硬度比金属合金低,但其抗磨损性能与金属合金相近。PEEK材料制作的种植三单元固定桥的平均破坏荷载为(1 430±262)N,能够承受磨牙区的咬合力。此外,相比传统陶瓷材料,PEEK质轻,与牙本质和釉质的力学性能更为相近,作为牙体替代材料可以更好地恢复牙体组织的力学性能。基于这些优点,Sinha等使用医用级PEEK材料PEEK-Optima制作了长跨度固定桥支架,为牙列缺损患者进行了修复治疗。但如果能获得更好的表面抛光性,患者的合适度会更高,同时菌斑黏附量会更少。
  BioHPP是在PEEK中添加了百分之20陶瓷填料制备而成的,相比PEEK来说,其力学性能更优异,表面抛光性和抗菌斑性更好。Zoidis等就曾将BioHPP作为基底材料,上覆光固化树脂,行髓腔固位冠修复,结果更好地缓冲了咬合力,保护了剩余牙体组织,这表明PEEK材料适用于修复牙根状况不佳的患牙。BioHPP现已用于髓腔固位冠、粘接固定桥过渡性修复、All-on-4上部修复体,在修复后表现出了更适合牙体组织的力学性能,但其远期效果仍需随访观察。同时,PEEK材料也可结合应用CAD/CAM技术。
  Abdullah等曾使用Invibio公司的PEEK材料制作了CAD/CAM临时冠,结果发现,与传统Protemp?4临时冠制作方法相较而言,PEEK材料CAD/CAM临时冠的边缘密合性更好,断裂强度更高。还有研究表明,相比颗粒状模压成型法来说,CAD/CAM制作的PEEK三单位固定桥的抗折强度更高。但PEEK材料作为CAD/CAM修复体应用于临床还需具备更为完善的美观效果,而关于PEEK是否能够达到树脂及瓷材料的色泽美观度,仍需进一步研究。
  1.3赝覆体
  PEEK具有与丙烯酸树脂相似的生物相容性及低比重的特点,同时具有抗开裂和可加工性,对赝覆体上腭部分的制作有一定的应用价值。Costa-Palau等使用PEEK-Optima结合丙烯酸树脂制作的上颌骨及鼻骨缺损后的赝覆体,更加轻便、美观、舒心,并具有更好的固位力,但同时价格更高。与传统丙烯酸树脂材料相比,PEEK的优势及不足还缺乏系统评价。
  2.PEEK在口腔种植中的应用
  2.1基台
  目前应用于基台的材料主要有钛和锆,其中钛基台呈现灰色,对于美学区域的种植牙修复略显不足,锆基台虽然相对美观,但是同钛基台相似,具有很高的弹性模量,它会将咀嚼力直接转移至种植体及颌骨,不利于骨整合。BioHPP材料色白,弹性模量低,可以在一定程度上缓冲咀嚼力,弥补钛和锆基台的不足。同时有基础实验表明,PEEK基台与钛基台上附着的口腔微生物菌群没有差异,软硬组织愈合情况良好,可以尝试将其用作美学区域的种植体基台。Al-Rabab’ah等将BioHPP基台应用于临床修复上颌中切牙,2年回访取得了令人满意的效果,远期临床效果尚缺乏评估。
  2.2种植体
  研究表明,PEEK复合物的弹性模量、弹性度、抗压强度均可适用于口腔种植体。此外,PEEK具有较低的弹性模量,添加填料后,弹性模量接近人类骨密质,从而能够有效减少应力屏蔽作用,可以弥补传统钛种植体的不足。但与钛相比,PEEK的生物活性低,骨引导性能不佳,不能满足种植体材料的要求,故目前尚未应用于口腔临床种植体。现阶段的研究主要集中在如何提高PEEK的生物活性,提高成骨性能上。
  许多学者通过添加活性粒子(如碳纤维、羟磷灰石、TiO2)制备复合材料和表面改性(如表面泡沫化、氮等离子浸没、磺化)的方法进行了相关研究,在一定程度上增强了PEEK的成骨性能。关于PEEK复合物的研究很多,但尚未证明某一种PEEK复合物可以符合口腔种植体对于材料的所有要求,应用于临床仍需一定的时间。
  2.3种植后修复
  PEEK质轻,修复缺牙数多的牙列缺损或者牙列缺失时更有优势,例如All-on-4种植后的上部修复体制作。同时种植体周围没有天然牙牙周膜的结构,不能对牙冠受到的应力进行有效的缓冲,如果用弹性模量更小的PEEK冠替代金属冠和全瓷冠,将起到一定的缓冲作用,但这是否能够对种植体的长期稳定性起到促进作用尚缺乏临床对照研究。
  3.PEEK在口腔正畸中的应用
  3.1微种植体支抗
  由于PEEK只能依靠材料与骨之间的机械嵌合作用获得初期稳定性,而成骨性能不佳无法获得长期稳定性,故尚未作为微种植体支抗应用于临床。但已有复合材料提高了骨结合率。纳米氟磷灰石(nano-fluoroapatite,nFA)/PEEK被证明无细胞毒性,有良好的生物相容性、高骨结合率,有助于骨沉积。对nFA/PEEK作为微种植体支抗的应力分析结果显示,应力分布对种植体周围骨沉积有利。这些都为PEEK复合物作为微种植钉支抗未来应用于临床提供了理论支持。但在力学性能方面,微种植钉材料需要一定的强度,以避免在承受各种角度正畸力时折断,自攻型微种植钉材料还需要较大的硬度,各种可能具有成骨潜能的PEEK复合材料是否能符合力学性能方面的要求还需研究。
  3.2正畸弓丝
  通常制作正畸弓丝的材料为不锈钢,镍钛合金和β钛合金,但这些材料不能满足美观需求,可能存在金属过敏,因此寻找一种非金属材质的正畸弓丝有一定的临床价值。0.019 in×0.025 in矩形横截面PEEK弓丝的挠曲强度、弯曲强度、静摩擦和形变均与镍钛弓丝相近,从这些性能上来说,0.019 in×0.025 in的PEEK适合正畸治疗。相比其他非金属材料而言,PEEK具有较强的弯曲强度和抗蠕变性,以及很低的吸水性,这些特性使PEEK未来可能成为美观的不含金属的正畸弓丝材料。但为达到不同的矫治效果,正畸不同阶段的弓丝对于刚度、弹性和形状记忆功能的要求不完全相同,需要更多的实验研究,寻找适合的填料成分及比例,使复合材料的力学性能满足不同阶段的正畸弓丝需求。
  4.展望
  PEEK的力学性能类似于骨和牙体组织,通过制备复合材料等多种方式可进一步调整其力学性能,提高生物活性,从而应用于口腔的很多方面,包括可摘局部义齿、固定义齿、赝覆体、种植基台、种植体、微种植体支抗、正畸弓丝等。但仍需要进行更多的基础和临床试验研究,为PEEK材料在口腔医学领域更广泛的应用提供理论支持。

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