В чем заключается особое значение обработки поверхности медицинских имплантатов?

1. Улучшить биосовместимость и уменьшить реакции отторжения.
Биосовместимость является важным требованием для медицинских имплантатов. Это означает, что материалы не должны вызывать вредных реакций, таких как токсичность, сенсибилизация, воспаление или тромбоз, когда они вступают в контакт с тканями человека. Обработка поверхности улучшает качество поверхности имплантатов с использованием физических или химических подходов. Это делает их гораздо более биосовместимыми.
С помощью таких методов, как пескоструйная обработка, кислотное травление и лазерная обработка, на поверхности имплантата создаются шероховатые структуры микро- или нано-масштаба. Это увеличивает площадь поверхности и площадь контакта с тканью, что помогает клеткам прикрепляться к имплантату и расти. Например, после пескоструйной обработки и травления кислотой шероховатость поверхности (значение Sa) зубных имплантатов может поддерживаться в пределах от 1 до 2 мкм, что может значительно повысить прочность соединения с костью и ускорить процесс заживления.
Химическая модификация: добавление биоактивных групп, таких как гидроксильные и аминогруппы, на поверхность имплантатов или добавление минералов, способствующих росту костей, таких как стронций и кальций, для улучшения химического взаимодействия между материалами и тканями. После анодирования на поверхности титанового сплава образуется толстая оксидная пленка. Затем используются электрохимические методы для внедрения элементов кальция и фосфора, чтобы имитировать состав натуральной кости и стимулировать развитие костных клеток.
Технология биопокрытия: покрытия из биокерамики (например, гидроксиапатита) или биоактивного стекла наносятся на поверхность имплантатов с использованием таких технологий, как плазменное напыление и электрохимическое осаждение. Эти покрытия непосредственно участвуют в механизмах, обеспечивающих работу костей. Исследования показывают, что скорость остеоинтеграции имплантатов, покрытых гидроксиапатитом-, превышает скорость остеоинтеграции необработанных имплантатов более чем на 40%.
2. Повышение устойчивости к коррозии и продление срока службы.
Медицинские имплантаты должны выдерживать длительное воздействие жидкостей организма человека, которые легко разрушаются коррозионными агентами, такими как ионы хлорида и белки. Эта коррозия приводит к растворению ионов металлов и отслоению покрытий, что потенциально может вызвать воспалительные реакции или отказ имплантата. Создавая толстый защитный слой, обработка поверхности значительно повышает коррозионную стойкость имплантатов.
Пассивационная обработка: после обработки азотной кислотой на поверхности имплантатов из нержавеющей стали образуется пассивирующая пленка оксида хрома. Эта пленка предотвращает просачивание ионов металлов и снижает скорость коррозии до уровня менее 0,001 мм/год, что необходимо для долгосрочной-имплантации.
Технология микродугового оксидирования: электрическое поле высокого-напряжения используется для возбуждения микродугового разряда на поверхности титанового сплава. В результате образуется керамическая оксидная пленка, содержащая титан, кислород и фосфор. Она может быть тверже 1000HV и в три раза более устойчива к износу, чем обычные анодно-оксидные пленки. Он хорошо работает в ситуациях с большим весом, например, при протезировании суставов.
Используя технологию физического осаждения из паровой фазы (PVD) или химического осаждения из паровой фазы (CVD), наноразмерные покрытия TiN, TiAlN и другие твердые покрытия можно наносить на поверхность имплантатов толщиной всего 1–5 мкм. Это может улучшить коррозионную стойкость более чем на 50%, снизить коэффициент трения и сократить количество образующихся частиц износа.
3. Придайте ему антибактериальные свойства и снизьте вероятность заболевания
Инфекции, возникающие после операции, являются одной из основных причин выхода из строя медицинских имплантатов. Например, инфекции ортопедических, сердечно-сосудистых и других имплантатов могут возникать в 1–5% случаев. Обработка поверхности хорошо предотвращает прилипание бактерий к поверхностям и образование биопленок за счет создания поверхностей, убивающих бактерии, или добавления антибактериальных химикатов.
Поверхностная прививка антибактериальных групп. Антибактериальные группы, такие как соли четвертичного аммония и фториды, добавляются на поверхность имплантата с помощью плазменной обработки или химической прививки. Это изменяет структуру мембраны бактериальных клеток и оказывает длительный-антибактериальный эффект. Например, антибактериальное покрытие, содержащее серебро, может убить 99% золотистого стафилококка и сохранять эффективность более 30 дней.
Интеллектуальное покрытие-отзывчивое на свет. Это предполагает нанесение фотосенсибилизаторов (таких как соединения порфирина) на поверхность имплантатов и использование света определенной длины волны для создания активных форм кислорода (АФК), которые уничтожают микробы, не повреждая клетки-хозяева. Этот метод использовался для дезинфекции поверхностей оборудования, которое может легко распространять инфекции, например эндоскопов и катетеров.
Антибактериальное покрытие и высвобождение лекарств работают вместе: к биокерамическому покрытию добавляются антибиотики, такие как ванкомицин и гентамицин, чтобы контролировать, насколько быстро покрытие разрушается, что приводит к высвобождению лекарств. Концентрация лекарства в этой области может более чем в 1000 раз превышать концентрацию препарата в крови, останавливающего инфекции после операции.
4. Улучшите способность остеоинтеграции и скорость клинического успеха.
Для ортопедических, зубных и других имплантатов способность к остеоинтеграции является важным аспектом клинического успеха. Обработка поверхности ускоряет процесс интеграции кости, контролируя форму, химический состав и биологическую активность поверхности, что помогает костным клеткам прилипать, расти и изменяться.
Технология обработки травлением двойной кислотой: с помощью двух кислот (например, смешанной кислоты HCl+H ₂ SO ₄ и раствора HNO 3) в двухэтапном процессе на поверхности имплантата создается много-пористая структура. Эта структура имеет шероховатость-уровня микрометра, обеспечивающую механическую силу сцепления, и поры-уровня нанометра, которые повышают биологическую активность, делая связь между имплантатом и костью более чем на 30 %.
3D-печать пористых структур: использование технологии селективного лазерного плавления (SLM) для изготовления пористых имплантатов из титанового сплава с пористостью от 60% до 80% и шириной пор от 200 до 500 мкм. Это имитирует естественную трабекулярную структуру кости, стимулирует рост кровеносных сосудов и костной ткани и обеспечивает «биологическую фиксацию». Клинические данные свидетельствуют о том, что продолжительность остеоинтеграции имплантатов пористой структуры на 50% меньше, чем у твердых конструкций.
Изменение биоактивных молекул: размещение биоактивных молекул, таких как костный морфогенетический белок (BMP) и коллаген, на поверхности имплантатов, чтобы запустить сигнальные пути, которые помогают дифференцироваться костным клеткам. Например, имплантаты, замененные с помощью BMP-2, могут сократить время, необходимое для остеоинтеграции, с 3 месяцев до 6 недель и повысить вероятность успешной имплантации до более чем 98%.