Какво е специалното значение на повърхностната обработка за медицинските импланти?

1. Подобрете биосъвместимостта и намалете реакциите на отхвърляне.
Биосъвместимостта е важна необходимост за медицинските импланти. Това означава, че материалите не трябва да предизвикват лоши реакции като токсичност, сенсибилизация, възпаление или тромбоза, когато влязат в контакт с човешка тъкан. Повърхностната обработка подобрява качествата на повърхността на имплантите чрез физични или химични подходи. Това ги прави много по-биосъвместими.
Чрез прилагане на методи като пясъкоструене, киселинно ецване и лазерна обработка върху повърхността на импланта се правят микро- или нано-грапави структури. Това увеличава повърхността и зоната на контакт с тъканите, което помага на клетките да се придържат към импланта и да растат. Например, след пясъкоструене и ецване с киселина, грапавостта на повърхността (Sa стойност) на зъбните импланти може да се поддържа между 1 и 2 μm, което може значително да увеличи здравината на костната връзка и да ускори процеса на зарастване.
Химическа модификация: Добавяне на биоактивни групи като хидроксилни и аминогрупи към повърхността на имплантите или добавяне на минерали, които помагат на костите да растат, като стронций и калций, за подобряване на химичното взаимодействие между материалите и тъканите. След анодизиране върху повърхността на титановата сплав се образува дебел оксиден филм. След това се използват електрохимични методи за вграждане на калциеви и фосфорни елементи, за да се имитира съставът на естествената кост и да се насърчи развитието на костни клетки.
Технология за биопокритие: Биокерамика (като хидроксиапатит) или биоактивно стъкло се поставят върху повърхността на имплантите с помощта на технологии като плазмено пръскане и електрохимично отлагане. Тези покрития са пряко включени в механизмите, които карат костите да работят. Проучванията показват, че степента на остеоинтеграция на покритите с хидроксиапатит-импланти надвишава тази на нетретираните импланти с над 40%.
2. Подобрете устойчивостта на корозия и удължете експлоатационния живот
Медицинските импланти трябва да издържат на продължително излагане на човешки телесни течности, които могат лесно да бъдат ерозирани от корозивни агенти като хлоридни йони и протеини. Тази корозия води до разтваряне на метални йони и отделяне на покрития, което потенциално причинява възпалителни реакции или повреда на импланта. Създавайки дебел защитен слой, повърхностната обработка значително повишава корозионната устойчивост на имплантите.
Пасивиращо третиране: След третиране с азотна киселина върху повърхността на имплантите от неръждаема стомана се образува пасивиращ филм от хромен оксид. Този филм спира проникването на метални йони и намалява скоростта на корозия до по-малко от 0,001 mm/година, което е необходимо за дългосрочно-имплантиране.
Технология за микродъгово оксидиране: Електрическо поле с високо{0}}напрежение се използва за възбуждане на микродъгов разряд върху повърхността на титаниева сплав. Това прави филм от керамичен оксид, който съдържа титан, кислород и фосфор. Може да стане по-твърд от 1000HV и е три пъти по-устойчив на износване от обикновените филми от аноден оксид. Работи добре при ситуации с голямо тегло, като ставна протеза.
Използвайки технология за физическо отлагане на пари (PVD) или химическо отлагане на пари (CVD), наноразмерни TiN, TiAlN и други твърди покрития могат да бъдат нанесени върху повърхността на имплантите с дебелина само 1–5 μm. Това може да подобри устойчивостта на корозия с повече от 50%, да намали коефициента на триене и да намали количеството образувани частици от износване.
3. Придайте му антибактериални свойства и намалете шанса да се разболеете
Инфекциите, които се случват след операция, са една от основните причини медицинските импланти да се провалят. Например, инфекции в ортопедични, сърдечно-съдови и други импланти могат да възникнат в 1% до 5% от случаите. Повърхностната обработка работи добре, за да спре бактериите да се залепват по повърхностите и да образуват биофилми, като създава повърхности, които убиват бактериите или добавя антибактериални химикали.
Повърхностно присаждане на антибактериални групи: Антибактериални групи като кватернерни амониеви соли и флуориди се добавят към повърхността на импланта чрез плазмено третиране или химическо присаждане. Това променя структурата на бактериалната клетъчна мембрана и има дълготраен-антибактериален ефект. Например, антибактериално покритие, което съдържа сребро, може да убие 99% от Staphylococcus aureus и да остане ефективно повече от 30 дни.
Свет{0}}отзивчиво интелигентно покритие: Това включва поставяне на фотосенсибилизатори (като порфиринови съединения) върху повърхността на имплантите и използване на светлина с определена дължина на вълната за създаване на реактивни кислородни видове (ROS), които унищожават микробите, без да нараняват клетките гостоприемници. Този метод се използва за дезинфекция на повърхности на оборудване, което може лесно да разпространи инфекции, като ендоскопи и катетри.
Антибактериалното покритие и освобождаването на лекарството работят заедно: антибиотици като ванкомицин и гентамицин се добавят към биокерамичното покритие, за да се контролира колко бързо се разпада покритието, което освобождава лекарствата. Концентрацията на лекарството в областта може да бъде повече от 1000 пъти по-висока от концентрацията на лекарството в кръвта, което спира инфекциите след операция.
4. Подобрете способността за остеоинтеграция и степента на клиничен успех.
За ортопедични, зъбни и други импланти способността за остеоинтеграция е важен аспект за клиничния успех. Повърхностното третиране ускорява процеса на интегриране на костта чрез контролиране на формата, химическия състав и биологичната активност на повърхността, което помага на костните клетки да залепват, растат и се променят.
Технология на обработка с двойно киселинно ецване: Чрез използване на две киселини (като HCl+H ₂ SO ₄ смесен разтвор на киселина и HNO 3) в дву-етапен процес, на повърхността на импланта се създава много-нивова структура на порите. Тази структура има грапавост на микрометърно-ниво, което осигурява механична взаимосвързваща сила и нанометрово-ниво на пори, които увеличават биологичната активност, което прави връзката между импланта и костта по-здрава с повече от 30%.
3D печат на порести структури: Използване на технология за селективно лазерно топене (SLM) за направата на импланти от пореста титаниева сплав, които са от 60% до 80% порести и имат пори с ширина от 200 до 500 μm. Това симулира естествената костна трабекуларна структура, насърчава растежа на кръвоносните съдове и костната тъкан и постига "биологична фиксация". Клиничните данни показват, че продължителността на остеоинтеграцията на имплантите с пореста структура е 50% по-малка от тази на твърдите структури.
Промяна на биоактивни молекули: Поставяне на биоактивни молекули като костен морфогенетичен протеин (BMP) и колаген върху повърхността на имплантите, за да започнат сигнални пътища, които помагат на костните клетки да се диференцират. Например, импланти, които са били сменени с BMP-2, могат да съкратят времето, необходимо за остеоинтеграция от 3 месеца на 6 седмици и да повишат процента на успех на имплантирането до повече от 98%.