近年来，随着生物医用材料的发展，碳纤维增强聚醚醚酮(CFR-PEEK)复合材料因其优异的力学性能和生物相容性，逐渐成为骨科和牙科植入物领域的研究热点。PEEK本身具有优良的化学稳定性和生物相容性，但是其机械强度相对较低，限制了其在某些高应力环境下的应用。通过加入碳纤维(CF)，不仅可以大幅提高PEEK的机械性能，还能使其弹性模量与人骨更为匹配，从而减轻因应力屏蔽效应导致的骨质吸收等问题。本文就来探讨CF-PEEK复合材料作为植入材料时的机械性能与细胞毒性。
机械性能的提升
碳纤维作为一种高性能的增强材料，其在PEEK基体中的引入显著提升了复合材料的机械性能，这里从下图来看。当碳纤维含量增加时，CF-PEEK复合材料的力学性能随之提高。如含有30%碳纤维的CFR-PEEK复合材料，其硬度和模量均大于纯PEEK。特别值得一提的是，65%碳纤维含量的CFR-PEEK复合材料，其横向压缩强度达到了185.69 MPa，接近人骨的压缩强度(约208.2 MPa)，远高于纯PEEK的136.9 MPa。这表明通过调整碳纤维的含量，可以有效改变复合材料的力学性能，使之更适合于作为骨科植入物使用。
弹性模量匹配
弹性模量的匹配对于植入材料来说也非常重要。如果植入物的弹性模量与周围骨骼相差太大，则可能会引发应力屏蔽效应，导致骨质吸收。CF-PEEK复合材料的弹性模量能够很好地匹配人骨的弹性模量，这对于减轻植入物周围骨质吸收问题非常有利。在不断的科研中发现含有25%碳纤维的CF-PEEK复合材料(25CF-PEEK)，其弯曲强度为264.6 ± 15.7 MPa，弯曲模量为9.4 ± 1.1 MPa，这些值与人皮质骨的弯曲强度(约225.0 MPa)和弹性模量(6-30 MPa)非常接近。
细胞毒性评估
除了力学性能织物，CF-PEEK复合材料的细胞毒性也是评估其作为植入材料可行性的重要因素。无论是短切碳纤维还是长碳纤维增强的PEEK复合材料，其细胞毒性水平都非常低，属于轻微毒性。细胞存活率在75%-100%之间，这表明PEEK及CF-PEEK复合材料具有良好的生物相容性。在进行倒置荧光显微镜观察到的细胞形态也证实了这一点：在培养1天、3天、5天和7天后，细胞仍然保持着饱满的状态，没有明显的萎缩或死亡现象。
短期来看，添加碳纤维会略微增加细胞毒性(其他材料也有该情况，这里可以查看对应的材质细胞毒性研究报告)，但长期影响几乎可以忽略不计。这是由于碳纤维碎片在复合材料表面容易进入提取液中，从而影响细胞生长。然而，随着时间的推移，细胞的增殖并不受明显影响。这也说明了CF-PEEK复合材料在植入体内后不会对细胞造成持续的危害。
碳纤维增强聚醚醚酮复合材料作为一种新型的植入材料，其在机械性能上的显著提升以及与人骨相近的弹性模量，使其在临床应用中展现出巨大的潜力。此外，CF-PEEK复合材料的细胞毒性水平低，具有良好的生物相容性，这使得它成为一种理想的骨科和牙科植入物材料。作为国内自主完成CF/PEEK的智上新材料在跟行业客户深度探讨之后，将进一步探索如何通过优化碳纤维含量和改善碳纤维与PEEK基体之间的界面结合，来进一步提升CFR-PEEK复合材料的综合性能，以满足更多高要求的医疗应用。
