Koji je poseban značaj površinske obrade medicinskih implantata?

1. Poboljšati biokompatibilnost i smanjiti reakcije odbacivanja.
Biokompatibilnost je važna potreba za medicinske implantate. To znači da materijali ne bi trebali izazvati loše reakcije kao što su toksičnost, senzibilizacija, upala ili tromboza kada dođu u dodir s ljudskim tkivom. Površinska obrada poboljšava kvalitet površine implantata koristeći fizičke ili hemijske pristupe. To ih čini mnogo biokompatibilnijima.
Primjenom metoda kao što su pjeskarenje, kiselo jetkanje i laserska obrada, na površini implantata se prave grube strukture mikro- ili nano-razmjera. Ovo povećava površinu i površinu kontakta s tkivom, što pomaže stanicama da se zalijepe za implantat i rastu. Na primjer, nakon pjeskarenja i kiselog jetkanja, hrapavost površine (Sa vrijednost) zubnih implantata može se zadržati između 1 i 2 μm, što može uvelike povećati čvrstoću koštane veze i ubrzati proces zarastanja.
Hemijska modifikacija: dodavanje bioaktivnih grupa kao što su hidroksilne i amino grupe na površinu implantata, ili dodavanje minerala koji pomažu rastu kostiju, kao što su stroncij i kalcij, kako bi se poboljšala kemijska interakcija između materijala i tkiva. Nakon anodizacije, na površini legure titana stvara se debeli oksidni film. Elektrohemijske metode se zatim koriste za ugradnju elemenata kalcija i fosfora kako bi oponašali sastav prirodne kosti i potaknuli razvoj koštanih stanica.
Tehnologija biopremaza: Biokeramika (poput hidroksiapatita) ili bioaktivni stakleni premazi stavljaju se na površinu implantata korištenjem tehnologija kao što su plazma raspršivanje i elektrohemijsko taloženje. Ovi premazi su direktno uključeni u mehanizme koji teraju kosti da rade. Studije pokazuju da stopa oseointegracije implantata obloženih hidroksiapatitom- premašuje stopu netretiranih implantata za preko 40%.
2. Poboljšajte otpornost na koroziju i produžite vijek trajanja
Medicinski implantati moraju izdržati dugotrajno izlaganje ljudskim tjelesnim tečnostima, koje se mogu lako erodirati korozivnim agensima kao što su hloridni joni i proteini. Ova korozija rezultira otapanjem metalnih jona i odvajanjem prevlake, potencijalno uzrokujući upalne odgovore ili otkaz implantata. Stvaranjem debelog zaštitnog sloja, površinska obrada uvelike povećava otpornost implantata na koroziju.
Pasivacijski tretman: Nakon tretiranja dušičnom kiselinom, na površini implantata od nehrđajućeg čelika formira se pasivacijski film hrom-oksida. Ovaj film sprječava curenje metalnih jona i smanjuje stopu korozije na manje od 0,001 mm/godišnje, što je ono što je potrebno za dugotrajnu-ugradnju.
Tehnologija mikrolučne oksidacije: visoko-električno polje se koristi za pobuđivanje mikrolučnog pražnjenja na površini legure titanijuma. Ovo stvara film od keramičkog oksida koji sadrži titan, kiseonik i fosfor. Može postati tvrđi od 1000HV i tri puta je otporniji na habanje od običnih anodnih oksidnih filmova. Dobro radi u situacijama sa velikom težinom, kao što je proteza zglobova.
Koristeći tehnologiju fizičkog taloženja parom (PVD) ili hemijskog taloženja parom (CVD), nano TiN, TiAlN i drugi tvrdi premazi mogu se nanijeti na površinu implantata debljine od samo 1-5 μm. Ovo može poboljšati otpornost na koroziju za više od 50%, smanjiti koeficijent trenja i smanjiti količinu proizvedenih čestica habanja.
3. Dajte mu antibakterijska svojstva i smanjite mogućnost da se razbolite
Infekcije koje se javljaju nakon operacije jedan su od glavnih razloga zašto medicinski implantati ne uspijevaju. Na primjer, infekcije ortopedskih, kardiovaskularnih i drugih implantata mogu se dogoditi u 1% do 5% slučajeva. Površinska obrada dobro djeluje kako bi spriječila bakterije da se zalijepe za površine i formiraju biofilm tako što prave površine koje ubijaju bakterije ili dodajući antibakterijske kemikalije.
Površinsko presađivanje antibakterijskih grupa: Antibakterijske grupe kao što su kvaternarne amonijumove soli i fluoridi se dodaju na površinu implantata korišćenjem tretmana plazmom ili hemijskog presađivanja. Ovo mijenja strukturu membrane bakterijske ćelije i ima dugotrajno-antibakterijsko djelovanje. Na primjer, antibakterijski premaz koji sadrži srebro može ubiti 99% Staphylococcus aureus i ostati efikasan duže od 30 dana.
Inteligentni premaz koji-reaguje: Ovo uključuje stavljanje fotosenzibilizatora (kao što su jedinjenja porfirina) na površinu implantata i korištenje svjetlosti određene talasne dužine za stvaranje reaktivnih vrsta kiseonika (ROS) koje uništavaju klice bez ozljeđivanja ćelija domaćina. Ova metoda je korištena za dezinfekciju površina opreme koja može lako širiti infekcije, poput endoskopa i katetera.
Antibakterijski premaz i oslobađanje lijeka rade zajedno: Antibiotici poput vankomicina i gentamicina se dodaju biokeramičkom premazu kako bi se kontroliralo koliko brzo se premaz razgrađuje, što oslobađa lijekove. Koncentracija lijeka u tom području može biti više od 1000 puta veća od koncentracije lijeka u krvi, što zaustavlja infekcije nakon operacije.
4. Poboljšati sposobnost oseointegracije i stopu kliničkog uspjeha.
Za ortopedske, dentalne i druge implantate, sposobnost oseointegracije je značajan aspekt kliničkog uspjeha. Površinska obrada ubrzava proces integracije kostiju kontroliranjem oblika, kemijskog sastava i biološke aktivnosti površine, što pomaže stanicama kostiju da se drže, rastu i mijenjaju.
Tehnologija tretmana jetkanja dvostrukom kiselinom: Korištenjem dvije kiseline (poput HCl+H ₂ SO ₄ miješane kiseline i otopine HNO 3) u procesu od dva-koraka, na površini implantata se stvara više-struktura pora na više nivoa. Ova struktura ima hrapavost na nivou mikrometara -koja obezbjeđuje mehaničku silu međusobnog blokiranja i pore na nanometarskom- nivou koje povećavaju biološku aktivnost, čineći vezu između implantata i kosti jačom za više od 30%.
3D štampa poroznih struktura: Korištenje tehnologije selektivnog laserskog topljenja (SLM) za izradu poroznih implantata od legure titana koji su 60% do 80% porozni i imaju pore široke od 200 do 500 μm. Time se simulira prirodna koštana trabekularna struktura, potiče rast krvnih žila i koštanog tkiva te se postiže "biološka fiksacija". Klinički dokazi pokazuju da je trajanje oseointegracije implantata porozne strukture 50% kraće nego kod čvrstih struktura.
Promjena bioaktivnih molekula: Stavljanje bioaktivnih molekula poput koštanog morfogenetičkog proteina (BMP) i kolagena na površinu implantata kako bi se pokrenuli signalni putevi koji pomažu koštanim stanicama da se razlikuju. Na primjer, implantati koji su promijenjeni sa BMP-2 mogu smanjiti vrijeme potrebno za oseointegraciju sa 3 mjeseca na 6 sedmica i povećati stopu uspješnosti implantacije na više od 98%.