O2/H2低压等离子体处理提升PEEK生物相容性的体外研究及其在骨整合中的应用

为解决PEEK（聚醚醚酮）植入体因表面惰性导致的骨整合难题，研究人员采用H2/O2低压等离子体处理技术，系统评估不同处理时长对PEEK表面特性及细胞行为的影响。结果表明，4分钟处理可显著提升表面亲水性（水接触角从75.72°降至28°），促进成骨细胞分化（ALP活性提升2.5倍）和钙沉积（增加122%），同时改善牙龈成纤维细胞粘附与增殖。该研究为开发兼具优异骨整合与软组织相容性的PEEK植入体提供了新策略。

　　

在骨科和牙科植入材料领域，聚醚醚酮（PEEK）因其弹性模量与人体皮质骨接近（3-4 GPa vs. 14 GPa）、X射线可透性和化学稳定性备受青睐。然而，PEEK的生物学惰性导致其与周围骨组织整合能力不足，成为临床应用的瓶颈。传统解决方案如钛涂层或羟基磷灰石复合存在金属离子释放、颗粒分布不均等问题。低压等离子体技术因其可精准调控表面化学性质且不改变材料本体特性，成为极具潜力的替代方案。

为探究H₂/O₂低压等离子体处理对PEEK生物相容性的影响，国内某研究团队在《Materials Today Communications》发表了一项系统性研究。研究人员将255个PEEK圆盘分为7组（处理时长0-15分钟），通过水接触角（WCA）、X射线光电子能谱（XPS）和细胞实验评估表面特性与生物学响应。

关键技术方法
研究采用100 kHz低压等离子体系统（H₂/O₂ 1:1混合气，0.4 mbar，70℃，200 W）处理样品；通过光学轮廓仪测量表面粗糙度（Ra）；使用永生人牙龈成纤维细胞（iHGFs）和骨肉瘤细胞（Saos-2）分别评估软组织整合与成骨活性；采用CCK-8法检测细胞增殖，ALP活性测定和茜素红染色（ARS）量化成骨分化。

研究结果

3.1 水接触角（WCA）
10秒等离子体处理即可使WCA从75.72°±1.31°骤降至28°±2.29°，4分钟处理后接近0°。亲水性随时间衰减，7天后稳定在36-51°。

3.3 XPS分析
15分钟处理组O/C原子比从0.15升至0.26，C-O/C=O峰面积增加（P₄组C-O占比22.7% vs. 对照组14.0%），表明等离子体引入了含氧极性基团。

3.4 细胞行为

• iHGFs：处理组细胞伪足延伸更显著（SEM显示伪足密度增加），24小时存活率提升，代谢活性在P₄组达峰值（第3天较对照组高40%）。
• Saos-2：P₄组ALP活性在第7天达1.37±0.05 μmol/min/mL（较对照组高2.5倍），ARS显示其钙结节形成量显著增加（+122%），且呈现类似骨小梁的连续结构。

讨论与意义
该研究首次证实H₂/O₂等离子体处理（尤其4分钟）能同步优化PEEK的软组织与骨组织响应。亲水性提升源于表面含氧基团（C-O/C=O）的引入，这些基团通过促进纤维连接蛋白吸附增强细胞粘附。值得注意的是，过长的处理时间（15分钟）虽进一步提高氧含量，但可能导致蛋白质变性反而不利于成骨，提示存在"处理时长-生物活性"的倒U型关系。

研究局限性在于未考察细菌粘附风险及缺乏体内实验。未来需结合动物模型验证该技术在复杂生理环境中的效果。尽管如此，这项工作为开发新一代"双组织整合"PEEK植入体提供了重要理论支撑，其简易、低成本的表面改性策略具有显著的临床转化潜力。