高分子聚合物聚醚酮酮的发展及其医学应用前景 -中国组织工程研究杂志社投稿

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高分子聚合物聚醚酮酮的发展及其医学应用前景

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0 引言 Introduction

聚芳醚酮是亚苯基环通过酮基和醚键的重复单元连接而形成的一类结晶型高分子聚合物，分子链中苯环、酮基与醚键通过不同的连接次序及比例可以形成许多不同类型的聚合物，其中最具代表性的有聚醚醚酮和聚醚酮酮[1]。聚醚醚酮由2 个醚键和1 个酮基的重复单元连接而成，而聚醚酮酮则由1 个醚键和2 个酮基的重复单元连接而成，见图1。自从20 世纪80 年代开始，聚芳醚酮类聚合物已经逐渐作为生物材料运用于创伤、脊柱等骨科专业中，由于生物相容性及相对惰性等特点使其可能成为进一步开发的新型生物活性材料的聚合物[2-3]。聚醚酮酮是继聚醚醚酮之后开发的又一特殊结构型热塑性树脂，具有更高的剪切、弯曲和压缩强度，对外界环境的适应性更强，湿热稳定性更优异，耐久性更好[4-6]。相比于聚醚醚酮来说，聚醚酮酮的弹性模量和密度与人类骨骼更加接近，因此在口腔颌面修复、创伤、关节、脊柱等生物医学领域具有广阔的应用前景[7]。该文归纳总结了聚醚酮酮材料的合成方法，以及聚醚酮酮在生物医学领域的应用现况，旨在为未来聚醚酮酮生物活性材料的临床应用提供一定的指导作用。

图1 ｜聚醚醚酮(A)和聚醚酮酮(B)的结构式

1 资料和方法 Data and methods

1.1 资料来源检索CNKI 中国期刊及PubMed、Web of Science 数据库，中文检索词为“聚醚酮酮，合成，支架材料，植入物，组织工程，生物相容性”，英文检索词为“polyetherketoneketone，synthesis，scaffold material，implant， tissue engineering，biocompatibility”，选择与文章内容相关的具有价值的文章进行分析讨论。

1.2 纳入与排除标准

纳入标准：①与聚醚酮酮合成相关的文献；②与聚醚酮酮生物医学应用有关的文献；③论点论据可靠，关联度高的文献；④选择近期发表或在权威杂志上发表的文献。

排除标准：①重复性研究：内容陈旧，相关性差的文献；②逻辑不严谨、可信度差、创新性不高的文献。

1.3 质量评估与数据提取根据中、英文检索词，计算机共检索到文献364 篇，其中中文文献62 篇，英文文献302 篇，排除与研究目的相关性差、内容陈旧及重复文献308 篇之后，最后纳入符合标准的文献56 篇进行综述，见图2。

图2 文献检索流程

2 结果 Results

2.1 聚醚酮酮的起源及合成早在20 世纪60 年代初，美国杜邦公司的BONER 就率先提出了聚醚酮酮的合成方法，聚醚酮酮树脂可以采用亲核和亲电两种聚合路线的方法来合成，并且该公司于1987 年实现了亲电路线合成聚醚酮酮的工业化生产[6]。

亲电取代合成法：是合成聚醚酮酮最常用的方法，首先在60-80 ℃下使二苯醚和对苯二甲酰氯在硝基苯溶液中进行缩合产生聚醚酮酮，但是由于反应温度高导致得到的聚醚酮酮分子质量较低，因此采用低温下聚合的方法，以AlCl3为催化剂、1，2-二氯乙烷为溶剂，并在N2气氛下二苯醚和对苯二甲酰氯通过傅-克反应，最终得到分子质量较高的聚醚酮酮，该方法容易操作、成本较低且工艺相对简单，但是产物的性能纯度不够[6，8]。

亲核取代反应：以二苯砜作为溶剂，经过K2CO3/Na2CO3的催化，N2气氛下对苯二酚和4，4’-双(对氟苯甲酰基)苯在300 ℃高温下反应五六小时合成，该方法合成的聚醚酮酮性能稳定，但是由于反应条件复杂难以控制，因此成本相对较高[6，8]。

2.2 聚醚酮酮在非医学领域的应用自开发以来，聚醚酮酮由于高温稳定性等性能及与许多增强剂(玻璃和碳纤维)的相容性和比其他许多金属具有更高的强度等特性，使其在航空航天领域率先应用起来，现在已经成为其不可或缺的一部分[2]。由于其较强的抗辐射能力，可用作飞机等电线的包覆材料；另外其优异的机械性能可用来制作耐热的连接器等，可以利用其作为基体复合碳纤维、玻璃纤维等增强复合材料制备飞机的舱体、操纵杆及直升飞机尾翼等[6，8]。

在工业中，由于聚醚酮酮具有良好的耐化学腐蚀等性能，常用来制作压缩机阀门、活塞片及各种化工用泵等零部件；在汽车制造业中，由于其良好的力学性能，可以代替不锈钢和钛等金属用于制造发动机内罩，另外包括轴承、离合器齿轮等汽车零部件均使用聚醚酮酮制作而成；除此之外，在电子电气领域还被用作制造电子绝缘膜片、晶片承载器等各种连接器件[5]。

2.3 聚醚酮酮在生物医学领域的应用金属材料如不锈钢、钛及其合金等作为常见的植入物材料在骨科、口腔科等已被广泛运用，但是由于其弹性模量(不锈钢：199 GPa，医用钛合金：114 GPa)与皮质骨(0.8-22.3 GPa)及牙本质( GPa)等差异较大[9-10]，会产生应力遮挡，从而引起植入物塌陷等并发症，严重影响疾病的预后。近年来由于高分子材料的飞速发展，聚醚酮酮作为一种新兴的生物相容高性能聚合物，其弹性模量为4.5 GPa，与皮质骨及牙本质接近，已被美国FDA 批准作为植入物设备逐渐被应用于生物医学领域[11]。

文章来源：《中国组织工程研究》网址: http://www.zgzzgcyj.cn/qikandaodu/2021/0118/954.html