Care este semnificația specială a tratamentului de suprafață pentru implanturile medicale?

1. Îmbunătățiți biocompatibilitatea și reduceți reacțiile de respingere.
Biocompatibilitatea este o nevoie importantă pentru implanturile medicale. Înseamnă că materialele nu ar trebui să producă reacții rele precum toxicitate, sensibilizare, inflamație sau tromboză atunci când intră în contact cu țesutul uman. Tratamentul de suprafață îmbunătățește calitățile suprafeței implanturilor folosind abordări fizice sau chimice. Acest lucru le face mult mai biocompatibile.
Prin aplicarea unor metode precum sablare, gravare cu acid și prelucrare cu laser, pe suprafața implantului sunt realizate structuri brute la scară micro- sau nano-. Acest lucru mărește suprafața și zona de contact cu țesutul, ceea ce ajută celulele să se lipească de implant și să crească. De exemplu, după ce au fost sablate și gravate cu acid, rugozitatea suprafeței (valoarea Sa) a implanturilor dentare poate fi menținută între 1 și 2 μm, ceea ce poate crește foarte mult rezistența legăturii osoase și poate accelera procesul de vindecare.
Modificare chimică: Adăugarea de grupări bioactive precum grupările hidroxil și amino pe suprafața implanturilor sau adăugarea de minerale care ajută la creșterea oaselor, cum ar fi stronțiul și calciul, pentru a îmbunătăți interacțiunea chimică dintre materiale și țesuturi. După anodizare, pe suprafața aliajului de titan se formează o peliculă groasă de oxid. Metodele electrochimice sunt apoi folosite pentru a încorpora elemente de calciu și fosfor pentru a imita compoziția osului natural și pentru a încuraja dezvoltarea celulelor osoase.
Tehnologia de bioacoperire: Bioceramica (cum ar fi hidroxiapatita) sau acoperirile din sticlă bioactivă sunt puse pe suprafața implanturilor folosind tehnologii precum pulverizarea cu plasmă și depunerea electrochimică. Aceste acoperiri sunt direct implicate în mecanismele care fac oasele să funcționeze. Studiile indică faptul că rata de osteointegrare a implanturilor acoperite cu hidroxiapatită-depășește cu peste 40% pe cea a implanturilor netratate.
2. Îmbunătățiți rezistența la coroziune și prelungiți durata de viață
Implanturile medicale trebuie să suporte expunerea prelungită la fluidele corporale umane, care pot fi ușor erodate de agenți corozivi, cum ar fi ionii de clorură și proteinele. Această coroziune are ca rezultat dizolvarea ionilor metalici și desprinderea acoperirilor, provocând potențial răspunsuri inflamatorii sau eșecul implantului. Prin crearea unui strat protector gros, tratamentul suprafeței crește foarte mult rezistența la coroziune a implanturilor.
Tratament de pasivare: După ce a fost tratat cu acid azotic, pe suprafața implanturilor din oțel inoxidabil se formează o peliculă de pasivare de oxid de crom. Acest film oprește scurgerea ionilor metalici și scade viteza de coroziune la mai puțin de 0,001 mm/an, ceea ce este necesar pentru implantarea-pe termen lung.
Tehnologia de oxidare cu micro arc: un câmp electric de -înaltă tensiune este utilizat pentru a excita descărcarea de micro arc pe suprafața aliajului de titan. Acest lucru formează o peliculă de oxid ceramic care conține titan, oxigen și fosfor. Poate deveni mai dur de 1000HV și este de trei ori mai rezistent la uzură decât filmele obișnuite de oxid anodic. Funcționează bine pentru situații cu multă greutate, cum ar fi protezele articulare.
Folosind tehnologia depunerii fizice în vapori (PVD) sau depunere chimică în vapori (CVD), TiN, TiAlN și alte acoperiri dure la scară nano pot fi aplicate pe suprafața implanturilor cu o grosime de numai 1-5 μm. Acest lucru poate îmbunătăți rezistența la coroziune cu mai mult de 50%, poate reduce coeficientul de frecare și poate reduce cantitatea de particule de uzură care sunt produse.
3. Oferă-i proprietăți antibacteriene și reduce șansa de a se îmbolnăvi
Infecțiile care apar după o intervenție chirurgicală sunt unul dintre principalele motive pentru care implanturile medicale eșuează. De exemplu, infecțiile la implanturi ortopedice, cardiovasculare și alte implanturi pot apărea în 1% până la 5% din cazuri. Tratamentul de suprafață funcționează bine pentru a împiedica bacteriile să se lipească de suprafețe și să formeze biofilme prin realizarea de suprafețe care ucid bacteriile sau prin adăugarea de substanțe chimice antibacteriene.
Grefarea la suprafață a grupurilor antibacteriene: Grupele antibacteriene cum ar fi sărurile de amoniu cuaternar și fluorurile sunt adăugate la suprafața implantului folosind tratament cu plasmă sau grefare chimică. Aceasta modifică structura membranei celulare bacteriene și are efecte antibacteriene-de lungă durată. De exemplu, un strat antibacterian care conține argint poate ucide 99% din Staphylococcus aureus și poate rămâne eficient pentru mai mult de 30 de zile.
Acoperire inteligentă-reactivă la lumină: aceasta implică punerea de fotosensibilizatori (cum ar fi compuși de porfirină) pe suprafața implanturilor și utilizarea luminii cu o anumită lungime de undă pentru a produce specii reactive de oxigen (ROS) care distrug germenii fără a răni celulele gazdă. Această metodă a fost folosită pentru a dezinfecta suprafețele echipamentelor care ar putea răspândi cu ușurință infecțiile, cum ar fi endoscoapele și cateterele.
Învelișul antibacterian și eliberarea medicamentelor funcționează împreună: antibioticele precum vancomicina și gentamicina sunt adăugate învelișului bioceramic pentru a controla cât de repede se descompune stratul, ceea ce eliberează medicamentele. Concentrația medicamentului în zonă poate fi de peste 1000 de ori mai mare decât concentrația medicamentului în sânge, care oprește infecțiile după intervenție chirurgicală.
4. Îmbunătățirea capacității de osteointegrare și rata succesului clinic.
Pentru implanturile ortopedice, dentare și de altă natură, capacitatea de osteointegrare este un aspect semnificativ în succesul clinic. Tratamentul de suprafață accelerează procesul de integrare osoasă prin controlul formei, al compoziției chimice și al activității biologice a suprafeței, ceea ce ajută celulele osoase să se lipească, să crească și să se schimbe.
Tehnologie de tratare cu gravare cu acid dublu: prin utilizarea a doi acizi (cum ar fi HCl+H ₂ SO ₄ acid amestecat și soluție de HNO 3) într-un proces în două-etape, se creează o structură de pori cu mai multe niveluri- pe suprafața implantului. Această structură are rugozitate la nivel de micrometru-care oferă forță de interblocare mecanică și pori la nivel de-nanometru care măresc activitatea biologică, făcând legătura dintre implant și os mai puternică cu mai mult de 30%.
Imprimarea 3D a structurilor poroase: Folosind tehnologia de topire selectivă cu laser (SLM) pentru a realiza implanturi poroase din aliaj de titan care sunt 60% până la 80% poroase și au pori cu lățime de 200 până la 500 μm. Aceasta simulează structura trabeculară a osului natural, încurajează creșterea vaselor de sânge și a țesutului osos și realizează „fixarea biologică”. Dovezile clinice indică faptul că durata de osteointegrare a implanturilor cu structură poroasă este cu 50% mai mică decât cea a structurilor solide.
Schimbarea moleculelor bioactive: punerea moleculelor bioactive precum proteina morfogenetică osoasă (BMP) și colagenul pe suprafața implanturilor pentru a începe căile de semnalizare care ajută celulele osoase să se diferențieze. De exemplu, implanturile care au fost schimbate cu BMP-2 pot reduce timpul necesar pentru osteointegrare de la 3 luni la 6 săptămâni și pot crește rata de succes a implantării la mai mult de 98%.