引言：自20世纪80年代末PEEK被美国食品与药物管理局（ＦＤＡ）批准以来，对PEEK聚合物的研究呈指数增长趋势。随着PEEK在医疗器械行业中的份额不断增长，其抗菌性能的相关研究也不断增加。

      一、感染细菌类型

      骨科术后感染时间阶段不同其细菌感染的种类也有所差异，以人工膝关节感染为例，其感染阶段常见的感染菌种可分为以下几种：

      1.1：早期感染的病原菌通常为致病力较强的菌种，如：金黄色葡萄球菌、噬氧性格兰氏阴性杆菌、β型溶血性链球菌。

      1.2：延迟感染常见的致病菌为凝固酶阴性葡萄球菌、痤疮杆菌及金黄色葡萄球菌。

      1.3：晚期感染常是因致病菌透过菌血症来到人工关节处形成的感染，常见的致病菌包括金黄色葡萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、肠球菌、草绿色链球菌。其中葡萄球菌最为普遍，可超过50%，约20%的感染是多菌种。

      二、提高PEEK抗菌性能的方法

      目前，PEEK植入物表面抗菌的研究中，采取的措施主要可分为两大类：一类是通过改变材料表面的物化性质（如吸水率、亲水性、表面润湿性等）、表面电性质、表面结构及形貌等来抑制细菌的黏附；另一类则是通过在植入物表面附载抗菌物质，使其在局部得到释放从而产生抗菌作用。

通过改变生物材料表面的理化特性或微观形貌可以显著影响细菌的附着，成为目前PEEK植入材料抗菌性能研究的一个热点方向。改变PEEK植入物表面结构主要包括物理和化学两种方法。其中常用的物理改性有辐照改性、激光蚀刻、喷砂等，化学改性有酸化改性和湿化学法。

      2.1物理改性

      2.1.1物理改性-辐照改性:辐照技术是一种作用于纳米或原子材料工程和改性的具有高使用价值的创新性的新兴技术。PEEK常用的辐照改性的方法有等离子体处理、紫外线辐照、磁控溅射等。辐照改性操作简单、应用广泛，可以改变 、材料表面结构和微观形貌，另外，物理改性可以与化学改性相结合，在 PEEK 表面接枝官能团，改善 PEEK生物活性的同时保证PEEK化学性质不受影响。

      等离子体处理：等离子表面处理设备能够对PEEK材料起到物理溅射侵蚀和化学侵蚀作用，在PEEK表面产生官能团，提供反应位点和交联表面分子。常用的等离子体包括惰性气体（如He、N₂和Ar）或 反应性气体（O₂ 和NH₄ ）。因为侵蚀速率的不同，PEEK材料表面会形成小的凹凸部分，而被溅射出的物质又会在等离子体中受到激发分解成气态成分，向材料表面逆扩散。因此在侵蚀与聚合的同时作用下，PEEK材料的表面会形成凸起物，以达到表面粗化，增加粘接的接触面积的效果，进而改进粘接性能，提升产品质量、安全性和可靠性。除了改善粘接性能的作用，等离子表面处理设备还能改进PEEK材料的亲水性，进而提高其生物相容性,同时也提高了PEEK的抗菌性能。

      例：吉林大学口腔医学院Chenchen Liu团队将标准PEEK试件随机分为4组，分别根据处理方式分别命名为PEEK-C（未处理）、PEEK-A（Ar冷等离子体处理）、PEEK-N（N₂冷等离子体处理）和PEEK-AN（90％Ar和10％N₂混合冷等离子体处理）。通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）和液滴形状分析仪（DSA）测定试件表面的物理（图1）和化学性能。体外使用变形链球菌（图2）和金黄色葡萄球菌（图3），通过平板菌落计数法和细菌粘附形态观察来测定其抗菌性能。用Ar处理25分钟后，显示出有规则排列的鳞状纳米突起，而N₂则形成树突状纳米突起。当气体成分排列为90 %Ar/10 % N₂时，根据SEM结果观察到无组织状、最细的纳米突起且抑菌率最高。

图一：不同PEEK样品的表面形态

(A) PEEK-C；(B) PEEK-A；(C) PEEK-N；(D) PEEK-AN  (SEM图像)

图二：变形链球菌粘附在不同样品上

(A) PEEK-C；(B) PEEK-A；(C) PEEK-N；(D) PEEK-AN  (SEM图像)

图三：金黄色葡萄球菌粘附在不同样品表面的SEM图像

(A) PEEK-C；(B) PEEK-A；(C) PEEK-N；(D) PEEK-AN  (SEM图像)

      磁控溅射技术主要是使 Ar 离子在电场的作用下加速飞向阴离子靶材，巨大的能量使得靶材发生溅射（图四）。在这过程中，相应的原子和分子会沉积在基体表面形成薄膜。磁控溅射技术因其可大面积沉积、操作参数易控、可制致密薄膜等优势已被广泛使用。目前，磁控溅射技术能够使用的靶材主要是某些金属、金属氧化物和复合陶瓷等，利用该技术将具有抗菌作用的金属或陶瓷加载在PEEK表面，可有效改善材料表面的抗菌性。例1：被激发的Ag+在电磁场的加速作用下对PEEK产生强烈冲击造成PEEK表面发生蚀刻，Ag+也在PEEK表面结合形成纳米级表面形貌。由于Ag+对细菌细胞壁和细胞膜的破坏，变形链球菌和葡萄球菌被杀死，且随着Ag+的厚度增加，PEEK的抗菌性越好。

图四：磁控溅射工作原理

     紫外线辐照改性操作简单、设备成本较低。由于紫外线辐照材料时穿透能力有限，不会改变材料本身的结构及硬度等机械性能。PEEK中含有的二苯甲酮结构，经紫外线辐照后，该基团羰基(C=O)部位的碳产生自由基，充当光引发剂的自由基的形成，实现表面功能化，增加PEEK的亲水性、生物相容性和生物活性，此外，紫外线改性PEEK技术，可促进其他聚合物接枝到PEEK 表面，尤其是烯烃类比较活泼的单体，使 PEEK 表面的生物活性进一步增强。例：温州医科大学口腔医学院邓振南教授团队做了近紫外光辐照激发未改性聚醚醚酮实现稳定可持续抗菌效果体外初步研究，团队将PEEK片形材料用碳化硅砂纸依次打磨，去除表面污物和杂质，清洗并自然干燥制成标准样品。采用水接触角测定仪对处理前后材料表面进行表征，测试聚醚醚酮在近紫外光辐照下的细胞毒性，实验表明:标准样品在近紫外光辐照下未显示出细胞毒性；采用体外细菌实验测定其抗菌效果，实验表明：标准样品在近紫外光辐照下对金黄色葡萄球菌、变异链球菌、戈氏链球菌和血链球菌具有明显的抗菌效能，但对大肠杆菌未显示出抗菌效果；采用循环抗菌试验验证样品的可持续抗菌性能，实验表明：抗菌效能稳定、可持续。

       2.1.2物理改性—喷砂利用高速的砂流喷射到PEEK材料表面来改变材料表面粗糙度。喷砂法主要涉及材料表面形貌的变化，而表面形貌对细胞在PEEK表面的行为有重要影响。喷砂法是一种常用于生物材料表面引入微米尺度粗糙度的方法，在一定程度上能够提高植入物的生物活性和稳定性，但不能有效防止PEEK植入物周围纤维组织生成，因此，常与其他改性方法联用，提高其机械性、抗菌性等。

      2.2化学改性

      2.2.1磺化反应：PEEK只能与特定的强酸反应，例如硝酸、硫酸、氢氟酸，目前最普遍用于PEEK酸化的酸为98%的浓硫酸，磺化改性用浓硫酸在聚醚醚酮表面引入磺酸盐基团（R-SO₃），得到磺化聚醚醚酮（SPEEK），这种磺化反应会在 PEEK 表面形成多孔样结构，有利于细胞黏附与增殖活动的发生。
      磺化改性利用浓硫酸能够在聚醚醚酮表面引入磺酸盐基团（R-SO₃），得到磺化聚醚醚酮（SPEEK），其表面的硫成分能够对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有抑制作用。同时，因浓硫酸的腐蚀性，PEEK 表面形成了三维网状纳米结构，该种纳米结构也一定程度提升了PEEK的抗菌性。同时不少研究人员在磺化PEEK的基础上再进行物理改性制备具有多重杀菌机制的PEEK植入材料。例如：有研究人员将 PEEK 磺化后结合 Ar 等离子体浸入技术，在SPEEK表面引入羧基（-COOH）等特殊官能团(图五）。由于细菌尺寸在纳米之上，细菌被困在 SPEEK 表面的多孔结构中。同时，具有-COOH等电负性基团的微纳米形貌表面与阴性杆菌之间具有静电排斥作用，因此细菌能够被杀灭。

图五：PEEK磺化及等离子技术表面改性

      2.2.2接枝改性:利用紫外光辐照在 PEEK 表面形成半苯频哪醇自由基(C6H5)2-C*-OH，通过该自由基可与引入的单体形成 C-C 共价键，从而形成接枝聚合。同时，单体与单体之间也会发生进一步反应。因此，通过接枝化学反应在不改变 PEEK 表面力学性能等情况下可在PEEK 表面形成一层功能性仿生涂层，从而赋予材料表面生物活性、抗菌性等。

      例：在一项研究中将聚乙二醇（防污剂）和丙烯酸二甲氨基乙酯（PDMAEMA，杀菌剂）接枝在PEEK表面。（图六）随着聚乙二醇分子量的增加，亲水性增加，而蛋白质的吸附量降低。这些变化抑制了细菌的附着。而丙烯酸二甲氨基乙酯接枝在PEEK上直接起到了杀菌的作用。因此在该项研究中同时接枝这两者聚合物的PEEK达到了防污和抗菌的双重效果。

图六：PEEK接枝改性及抗菌效果

      结语：在此部分综述中我们主要介绍了通过改变材料表面物化性质如吸水率、亲水性、表面润湿性、表面电性质、表面结构及形貌方面等方面来提高PEEK抗菌性能的方法和相关研究成果。由于篇幅有限，在下一篇综述中我们将介绍另一类提高PEEK植入物的抗菌性能的方法,敬请期待！