医工交叉创新结硕果 五年磨一剑——关节与足踝外科杨佩教授团队攻克骨科植入材料改性难题

近日，西安交大二附院骨科中心关节与足踝外科杨佩教授/马瑞副研究员团队与西安交通大学材料学院李成新教授团队合作，在骨科植入材料改性领域取得重大突破。经过五年坚持不懈的科研攻关，团队成功开发出具有自主知识产权的真空冷喷涂技术，攻克了聚醚醚酮（PEEK）材料表面改性的关键技术难题，相关研究成果发表在生物材料领域权威期刊《Journal of Materials Chemistry B》上（DOI: 10.1039/D5TB00628G）。论文第一作者为马瑞副研究员，通讯作者为杨佩教授、西安交通大学材料学院马凯博士。

PEEK材料因其优异的力学性能和生物相容性，被视为理想的骨科植入材料。然而，其固有的生物惰性导致植入后骨整合效率低、长期稳定性差等问题，严重制约了临床应用。面对这一世界性难题，马瑞副研究员带领团队从2019年起就开始了系统性的研究探索。

研究初期，团队尝试了多种传统表面改性方法，但效果均不理想。热喷涂技术虽然成熟，但高温会导致PEEK基体变形、涂层相变；等离子喷涂又存在孔隙率高、结合强度不足等问题。经过反复论证，团队创新性地提出采用真空冷喷涂技术路线。这项技术虽然理论上可行，但在实际操作中却面临诸多挑战：如何控制陶瓷颗粒尺寸？如何优化前处理工艺？怎样调整喷涂参数才能获得最佳效果？

"那段时间，实验室的灯常常亮到深夜。"团队成员回忆道，"每次觉得快要成功时，新的问题又会出现。"粉末团聚、喷涂不均匀、结合力不达标......一个个技术难题接踵而至。但团队没有放弃，通过数百次的工艺优化和实验验证，终于突破了关键技术瓶颈。

在材料表征阶段，研究团队采用SEM和EDS技术，证实了涂层颗粒的均匀分布和化学组成的精确可控。体外细胞实验显示，改性后的材料不仅能显著促进成骨细胞的粘附、增殖和分化，还能调控巨噬细胞向抗炎表型极化。更令人振奋的是，在大鼠气囊模型和兔颅骨缺损模型中，冷喷涂可降解涂层组不仅体内抗炎效果显著，还能明显提高骨整合效果和骨再生效率。

"这项研究的创新点在于，我们不仅解决了PEEK材料表面改性的技术难题，更从免疫调控的角度揭示了材料促进骨再生的新机制。"马瑞副研究员介绍道。团队的研究表明，通过精确调控涂层的成分和结构，可以实现材料的生物学性能的定向优化。

马瑞副研究员和李成新教授组建了西安交通大学医工交叉团队，致力于人工骨胳涂层技术的应用和转化。五年来，这支医工交叉团队秉持坚持不懈的科研精神，从基础研究到技术开发，从工艺优化到机制探索，一步一个脚印，最终实现技术攻关。目前，在PEEK改性方向团队已申请发明专利2项，发表SCI论文9篇，并以此为基础获得了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划等项目的支持。