6天4板僅僅是PEEK材料征服市場(chǎng)的開始。

近段時(shí)間，PEEK材料助力人形機(jī)器人“輕量化”的特點(diǎn)引發(fā)了市場(chǎng)的追捧，有的企業(yè)甚至收獲了6天4板的成績(jī)。截至5月27日，新瀚新材近一年股價(jià)漲超80%、中欣氟材也上漲超75%。PEEK材料因具有機(jī)械特性好、耐熱等級(jí)高、耐腐蝕等特點(diǎn)，又被稱為“金字塔尖的高端工程塑料”。

這場(chǎng)看似普通的投資狂歡背后，突顯了一個(gè)事實(shí)，國(guó)外對(duì)高端特種工程塑料的封鎖一去不復(fù)返了。

曾幾何時(shí)，國(guó)外企業(yè)壟斷著聚醚醚酮（PEEK）材料的核心技術(shù)，像掐住咽喉般控制著航空航天以及部分高端醫(yī)療器械的發(fā)展命脈。醫(yī)用PEEK材料尤其是醫(yī)用植入級(jí)PEEK材料市場(chǎng)長(zhǎng)期被國(guó)外產(chǎn)品所壟斷，并由此引發(fā)了售價(jià)昂貴、采購條件苛刻甚至是“選擇性”供應(yīng)等問題。

如今，隨著國(guó)內(nèi)PEEK產(chǎn)業(yè)鏈在工業(yè)端的全面突破，醫(yī)用級(jí)PEEK材料也突破了卡脖子問題，PEEK產(chǎn)品迎來了發(fā)展的拐點(diǎn)。

01

醫(yī)用PEEK原料國(guó)產(chǎn)替代已完成

純度是區(qū)分工業(yè)級(jí)和醫(yī)用級(jí)PEEK材料的關(guān)鍵。

雖然早在20世紀(jì)70年代，PEEK材料就已問世，但由于其早期被應(yīng)用于國(guó)防軍工領(lǐng)域，因此，自其出現(xiàn)以來其制備技術(shù)就被嚴(yán)格管制。經(jīng)過吉林大學(xué)30多年的努力，才得以突破國(guó)外對(duì)于PEEK技術(shù)的封鎖，掌握了批量制備的能力，為國(guó)內(nèi)PEEK產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)打下了基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)PEEK材料生產(chǎn)多數(shù)都與吉林大學(xué)有著各種關(guān)系，醫(yī)用PEEK材料也不例外。

相對(duì)工業(yè)級(jí)PEEK材料，醫(yī)用級(jí)PEEK的純度更高，如何高效提純便成為關(guān)鍵。

PEEK材料在合成過程中需要使用氟酮、苯酚類單體原料以及二苯砜等催化劑，因此合成后的PEEK材料存在大量單體、有毒助劑以及各類副產(chǎn)物，不解決這些問題，PEEK材料就無法應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域。這也是醫(yī)用級(jí)PEEK國(guó)產(chǎn)替代的難關(guān)，隨著研究的深入，各家企業(yè)也找到了突破口。

例如中研股份通過改變配方和投料方式，將強(qiáng)酸和緩釋劑混合于含有PEEK的水懸浮液中，使強(qiáng)酸與PEEK反應(yīng)后將PH值迅速升高，能在保護(hù)水洗釜等設(shè)備免受強(qiáng)酸腐蝕的前提下，有效降低PEEK中雜質(zhì)含量，提高純度。同時(shí)，又避免了傳統(tǒng)弱酸水洗法提純效果不佳的難題。

另一家國(guó)內(nèi)企業(yè)康斯泰德則以4,4′-二氟二苯甲酮、對(duì)苯二酚為原料，采用親核反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高純度植入級(jí)PEEK材料的生產(chǎn)與精制純化。還有江蘇君華從PEEK加工切入，后來逐漸轉(zhuǎn)向到材料的改性以及合成、生產(chǎn)；其“醫(yī)用植入級(jí)PEEK材料關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目，獲得了江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

PEEK與醫(yī)用金屬鋯、鈦合金性能指標(biāo)對(duì)比，圖源中研股份招股書

正是有了這些國(guó)內(nèi)企業(yè)前仆后繼的投入，國(guó)內(nèi)醫(yī)用PEEK市場(chǎng)才從英國(guó)威格斯（Victrex）、美國(guó)索爾維（Solvay）和德國(guó)贏創(chuàng)（Evonik）三家公司所占據(jù)的狀況中突圍，基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)替代。PEEK材料相對(duì)于鋯、鈦合金，更適合作為醫(yī)用植入式材料，有了原料供應(yīng)的保障，國(guó)內(nèi)對(duì)于PEEK在醫(yī)療領(lǐng)域的探索終于可以跨入下一個(gè)階段。

只是原材料的替代和產(chǎn)品的商業(yè)化之間，還有很長(zhǎng)的路要走。

02

下一站，鈦合金替代

摸著工業(yè)應(yīng)用過河是PEEK在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的真實(shí)寫照。

在醫(yī)療領(lǐng)域，PEEK的應(yīng)用分為非植入和植入兩大板塊，相對(duì)而言，植入類產(chǎn)品的開發(fā)更具價(jià)值，因此本文著重討論P(yáng)EEK材料在植入產(chǎn)品中的應(yīng)用及現(xiàn)狀。

目前，骨科植入和修補(bǔ)材料還是以金屬為主如鈦合金，但其存在彈性模量高、不耐人體體液腐蝕、長(zhǎng)期在體內(nèi)會(huì)釋放金屬離子等問題。因此，業(yè)內(nèi)一直希望用無機(jī)非金屬材料、聚合物材料或是復(fù)合材料來替代。其中，PEEK作為一種人工合成的半結(jié)晶熱塑性材料，具有耐輻照性、絕緣性穩(wěn)定、耐水解、抗壓、耐腐蝕等特點(diǎn)，成為替代的希望。

只是這個(gè)過程尚處于起步階段。

“目前，國(guó)內(nèi)植入級(jí)PEEK材料的出貨量只有兩噸出頭，但行業(yè)預(yù)估未來將會(huì)在百噸的量級(jí)，增量市場(chǎng)從何而來？就是各類植入產(chǎn)品的替代，只是這個(gè)過程還需要一些時(shí)間。”康斯泰德總經(jīng)理吳衛(wèi)東向動(dòng)脈網(wǎng)表示。

當(dāng)前，PEEK材料在人體內(nèi)的應(yīng)用范圍還比較窄，比如在脊柱手術(shù)中，它是作為脊柱骨頭連接件的一部分，或是顱骨修復(fù)中會(huì)部分使用，整體用量并不大。PEEK被譽(yù)為塑料之王，其強(qiáng)度剛度耐溫性在各類塑料中排名前列，完全可以替代人體內(nèi)大部分骨頭，之所以沒有這么做，還是處于安全性方面的考量。

醫(yī)療是將風(fēng)險(xiǎn)控制放在首位的，因此從小的部位開始做，也是為了充分驗(yàn)證其安全性。在骨科場(chǎng)景如四肢的骨折修復(fù)中使用的接骨板，目前還是以鈦合金材料為主，但PEEK材料是完全可以取代金屬材料的。這部分市場(chǎng)就是PEEK今后的增量市場(chǎng)。

PEEK替代鈦合金的發(fā)展路徑也是遵照工業(yè)上材料的替代邏輯。

以賽車為例，從最早的金屬，到各種塑料再到碳纖維，其材料比重值一路降低，目的是在保持強(qiáng)度不變的情況下，盡可能降低重量。而骨科植入物的發(fā)展路徑也類似，早期不銹鋼材料的比重為8，鈦合金材料比重為4，而PEEK材料比重約為1.3左右，有著很好的替代潛力。國(guó)內(nèi)很多企業(yè)也在進(jìn)行諸多嘗試。

如康拓醫(yī)療就在加速推進(jìn)PEEK材料產(chǎn)品對(duì)傳統(tǒng)鈦材料產(chǎn)品的臨床替代，在神經(jīng)外科、心胸外科等場(chǎng)景發(fā)力，推出了“4D生物活性板”及全PEEK材料顱骨修補(bǔ)解決方案。其“聚醚醚酮顱骨固定系統(tǒng)”“個(gè)性化聚醚醚酮顱骨缺損修復(fù)假體”已于2024年獲得三類醫(yī)療器械注冊(cè)證。

邁普醫(yī)療的顱頜面修補(bǔ)產(chǎn)品是國(guó)內(nèi)少數(shù)基于PEEK材料并用于顱頜面缺損修補(bǔ)的產(chǎn)品，運(yùn)用數(shù)字化設(shè)計(jì)與精密加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了較高的骨缺損匹配度。旗下博納力、安泰盧、維盧等產(chǎn)品共同組成了覆蓋小兒到成人的、顱面與頜面的修復(fù)固定解決方案。

不僅是康拓醫(yī)療和邁普醫(yī)療，就連位于產(chǎn)業(yè)鏈上游的康斯泰德也選擇了顱骨修補(bǔ)領(lǐng)域作為突破口。

后天性顱骨缺損是臨床上常見病癥，主要發(fā)生于接受去骨瓣減壓術(shù)的患者。患者在進(jìn)行去骨瓣減壓術(shù)后往往會(huì)伴隨著神經(jīng)功能缺損癥狀的出現(xiàn)，進(jìn)行顱骨修補(bǔ)術(shù)后能有效改善臨床癥狀，尤其在運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能方面的進(jìn)步尤為顯著。

鈦材料和 PEEK 材料用于顱骨修補(bǔ)的差別，圖源康拓醫(yī)療招股書

顱骨修補(bǔ)術(shù)雖然在技術(shù)上相對(duì)簡(jiǎn)單，但其并發(fā)癥發(fā)生率較高，常見的修補(bǔ)材料如聚甲基丙烯酸甲酯和羥基磷灰石，術(shù)后感染率分別為10.47%和7.3%，均高于PEEK。和另一材料鈦合金網(wǎng)板相比，PEEK能更好地恢復(fù)顱骨的生理解剖結(jié)構(gòu)和內(nèi)部壓力狀態(tài)，為腦血流和腦脊液動(dòng)力學(xué)的改善提供了更為有利的條件，在促進(jìn)術(shù)后神經(jīng)及認(rèn)知功能恢復(fù)方面具有潛在優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，作為一種疏水性材料，PEEK不會(huì)主動(dòng)附著到周圍組織。

整體來看，PEEK材料在替代鈦合金方面除了價(jià)格之外有著諸多優(yōu)勢(shì)，隨著PEEK規(guī)模化的應(yīng)用，價(jià)格的降低只是時(shí)間問題。特別是考慮到鈦合金材料對(duì)不銹鋼材料的替代花了快10年的時(shí)間才完成，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)PEEK材料對(duì)鈦合金的替代也需要類似的時(shí)間周期。

03

復(fù)合應(yīng)用是未來的發(fā)展方向

替代并非一蹴而就，還需強(qiáng)化自身實(shí)力。

相比起鈦合金對(duì)于不銹鋼材料的替代過程，目前PEEK對(duì)于鈦合金的替代進(jìn)度稍顯緩慢。除了前述的一些問題外，PEEK材料自身也還有一些工程難點(diǎn)尚待解決。

還是以四肢骨骼修復(fù)為例，盡管PEEK號(hào)稱塑料之王，但其強(qiáng)度應(yīng)用在四肢上還是稍顯不夠。解決思路也很簡(jiǎn)單，跟修房子一樣，單獨(dú)的鋼筋或是單獨(dú)的混凝土，都無法建造出高樓大廈，但鋼筋混凝土合用，就可以。

PEEK材料現(xiàn)在就像是混凝土，它有著優(yōu)異的性能，但實(shí)現(xiàn)成品框架還需要鋼筋的輔助，而碳纖維就是PEEK的輔助首選。只是這個(gè)過程并不簡(jiǎn)單，要想PEEK和碳纖維結(jié)合得更好，需要加入新的化合原料，而這些材料的安全性需要大量驗(yàn)證。通過這些年不斷的研究，目前結(jié)合材料已經(jīng)有了優(yōu)良的生物相容性，初步解決了安全性問題。

還有碳纖維的塑型也是一個(gè)難點(diǎn)。和鋼筋這樣的硬材料搭建框架不同，碳纖維僅有頭發(fā)絲1/10左右的直徑，需要將多股碳纖維編成一根后，再將多根材料通過類似編織的工藝進(jìn)行塑型，之后將PEEK材料填充進(jìn)去，經(jīng)過高溫熔融后壓勻，形成最終的形狀。

利用短碳纖維增強(qiáng)后的PEEK產(chǎn)品，擁有與人體皮質(zhì)骨相似的彈性模量（約23.47 GPa），可以降低應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)230.4±2.3MPa，約為純PEEK產(chǎn)品的3倍。

只是目前這種編織工藝大概只能覆蓋約50%的場(chǎng)景需求，一些異形結(jié)構(gòu)并不太好去編織塑型。一位研發(fā)人員向動(dòng)脈網(wǎng)表示，目前這方面還是按傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝的思路去解決，如果引入其他學(xué)科多體系相互交叉可能會(huì)有新的解決方法出現(xiàn)。現(xiàn)在已經(jīng)有一些新的解決方案在驗(yàn)證中，可能在未來2年左右得以突破。

3D打印PEEK是個(gè)性化定制的有效補(bǔ)充，圖源企業(yè)官網(wǎng)

此外，使用3D打印技術(shù)對(duì)PEEK材料塑型，也是一個(gè)補(bǔ)充解決方案，對(duì)于一些異形且強(qiáng)度要求不高的部位，通過3D打印增材制造的方式，也是一個(gè)有效的個(gè)性化產(chǎn)品定制方案。

有了碳纖維的探路，材料的復(fù)合應(yīng)用成為PEEK研發(fā)的一大方向。

如果說碳纖維的加入補(bǔ)齊了PEEK的強(qiáng)度短板，那么因?yàn)镻EEK表面的疏水性和生物惰性，會(huì)弱化細(xì)胞在表面的粘附和增殖，進(jìn)而影響到植入物在體內(nèi)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。克服這個(gè)缺點(diǎn)便成為行業(yè)的另一個(gè)研發(fā)趨勢(shì)。比如通過β-磷酸三鈣或羥基磷灰石的加入，改性后的產(chǎn)品將大幅提高PEEK的生物相容性。

PEEK和羥基磷灰石的復(fù)合應(yīng)用能加速恢復(fù)過程，圖源企業(yè)官網(wǎng)

在臨床應(yīng)用上，在植入后除了追求骨相容性外，近年來也開始追求成肌效果，也就是肌纖維可以在植入物里面生長(zhǎng)，最后附著在骨頭靶點(diǎn)上。

比如肌腱的修復(fù)，從微觀來看，人體肌腱的末梢長(zhǎng)到了骨頭的微孔里，形成了一個(gè)致密的交織連接。如果肌腱斷裂，現(xiàn)有的解決方案是用一個(gè)鉚釘把它鉚上去，等待形成瘢痕后生長(zhǎng)上去，盡管也有一定的效果，但再次撕裂的風(fēng)險(xiǎn)也不低。如果有通道利于肌細(xì)胞向骨頭里面生長(zhǎng)，才有天然的錨定作用，就像樹根長(zhǎng)到土里一樣，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

今后這些復(fù)合PEEK材料，通過設(shè)計(jì)改性連接部位會(huì)更有利于肌腱深入到里面生長(zhǎng)，就不需要鉚釘，長(zhǎng)期來看，它就跟人體自身的結(jié)構(gòu)一樣，這也將是今后的一大發(fā)展方向。

盡管研發(fā)端雖已初見成效，但要想相關(guān)產(chǎn)品快速落地商業(yè)化，還需要更多廠商參與進(jìn)來。

04

加速商業(yè)化落地，需要上下游一起推動(dòng)

上游企業(yè)入局，助推PEEK產(chǎn)品迭代。

國(guó)內(nèi)醫(yī)療PEEK行業(yè)的發(fā)展起步較晚，上下游配套企業(yè)缺乏、檢測(cè)方法和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也有所缺失。正是在這樣的情況下，以中研股份、康斯泰德、江蘇君華和鵬孚隆為代表的國(guó)內(nèi)上游企業(yè)，不僅解決了上游原材料國(guó)產(chǎn)替代的問題，還在配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域拓展以及標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)等方面，推動(dòng)著行業(yè)的前行。

例如多個(gè)牌號(hào)多個(gè)規(guī)格產(chǎn)品系的建立，對(duì)應(yīng)不同產(chǎn)品的選擇，有效降低了醫(yī)用PEEK產(chǎn)品的研發(fā)難度。像中研股份，為了提升植入級(jí)PEEK材料的性能，通過布局創(chuàng)新與技術(shù)研發(fā)中心及上海碳纖維聚醚醚酮復(fù)合材料研發(fā)中心項(xiàng)目，來加強(qiáng)行業(yè)前沿研究的探索。

也有企業(yè)選擇賦能的方式進(jìn)行合作。

如康斯泰德在完成多個(gè)規(guī)格型號(hào)的PEEK原材料制備，以及完善復(fù)合材料的加工工藝后，選擇采用類似ODM的方式與客戶合作。例如客戶給出需求，由康斯泰德給出解決方案。

“這種模式的好處在于降低行業(yè)門檻。”康斯泰德總經(jīng)理吳衛(wèi)東向動(dòng)脈網(wǎng)表示，“一些骨修復(fù)領(lǐng)域的企業(yè)想使用PEEK，就離不開合成、純化、加工和安全性驗(yàn)證的步驟。即便不從原材料進(jìn)行研究，也得從生產(chǎn)工藝開始，還需要構(gòu)建生產(chǎn)線，整體周期會(huì)拉得很長(zhǎng)。無論是從企業(yè)降本增效的角度，還是從醫(yī)用PEEK市場(chǎng)的發(fā)展來看，都算不上最優(yōu)解。”

有了鈦合金替代不銹鋼材料的案例在前，康斯泰德希望將自身在PEEK產(chǎn)業(yè)鏈上的積累開放給更多的企業(yè)，以to C的模式讓他們一起推動(dòng)國(guó)內(nèi)醫(yī)用PEEK產(chǎn)品的發(fā)展。

PEEK材料的國(guó)產(chǎn)替代不僅僅在工業(yè)應(yīng)用方面意義非法，它同樣標(biāo)志著醫(yī)療領(lǐng)域特別是植入材料領(lǐng)域迎來了一次革命性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

當(dāng)資本的熱浪遇上硬核科技的突破，我們看到的不僅是投資機(jī)遇，更是中國(guó)制造向中國(guó)創(chuàng)造的華麗轉(zhuǎn)身，是產(chǎn)業(yè)鏈自主可控的生動(dòng)實(shí)踐，更是中國(guó)醫(yī)療從業(yè)者用實(shí)干對(duì)"卡脖子"困境最有力的回答！

*封面圖片來源：pexels

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