Apakah kepentingan khas rawatan permukaan untuk implan perubatan?

1. Meningkatkan biokompatibiliti dan mengurangkan tindak balas penolakan.
Biokompatibiliti adalah keperluan penting untuk implan perubatan. Ini bermakna bahan tidak boleh menghasilkan tindak balas buruk seperti ketoksikan, pemekaan, keradangan atau trombosis apabila ia bersentuhan dengan tisu manusia. Rawatan permukaan meningkatkan kualiti permukaan implan menggunakan pendekatan fizikal atau kimia. Ini menjadikan mereka lebih biokompatibel.
Dengan menggunakan kaedah seperti letupan pasir, etsa asid dan pemprosesan laser, struktur kasar berskala mikro- atau nano{1} dibuat pada permukaan implan. Ini meningkatkan kawasan permukaan dan kawasan sentuhan tisu, yang membantu sel melekat pada implan dan berkembang. Sebagai contoh, selepas dihembus pasir dan terukir asid, kekasaran permukaan (nilai Sa) implan pergigian boleh dikekalkan antara 1 dan 2 μm, yang boleh meningkatkan kekuatan ikatan tulang dan mempercepatkan proses penyembuhan.
Pengubahsuaian kimia: Menambah kumpulan bioaktif seperti kumpulan hidroksil dan amino pada permukaan implan, atau menambah mineral yang membantu tulang berkembang, seperti strontium dan kalsium, untuk meningkatkan interaksi kimia antara bahan dan tisu. Selepas anodisasi, filem oksida tebal terbentuk pada permukaan aloi titanium. Kaedah elektrokimia kemudiannya digunakan untuk membenamkan unsur kalsium dan fosforus untuk meniru komposisi tulang semula jadi dan menggalakkan perkembangan sel tulang.
Teknologi biocoating: Bioceramics (seperti hydroxyapatite) atau salutan kaca bioaktif diletakkan pada permukaan implan menggunakan teknologi seperti penyemburan plasma dan pemendapan elektrokimia. Salutan ini terlibat secara langsung dalam mekanisme yang membuat tulang berfungsi. Kajian menunjukkan bahawa kadar osseointegrasi implan bersalut hidroksiapatit-melebihi implan yang tidak dirawat sebanyak lebih 40%.
2. Meningkatkan ketahanan terhadap kakisan dan memanjangkan hayat perkhidmatan
Implan perubatan mesti menahan pendedahan yang berpanjangan kepada cecair badan manusia, yang boleh terhakis dengan mudah oleh agen menghakis seperti ion klorida dan protein. Hakisan ini mengakibatkan pembubaran ion logam dan detasmen salutan, yang berpotensi menyebabkan tindak balas keradangan atau kegagalan implan. Dengan mencipta lapisan pelindung yang tebal, rawatan permukaan sangat meningkatkan rintangan kakisan implan.
Rawatan pempasifan: Selepas dirawat dengan asid nitrik, filem pempasifan kromium oksida terbentuk pada permukaan implan keluli tahan karat. Filem ini menghentikan ion logam daripada meresap keluar dan menurunkan kadar kakisan kepada kurang daripada 0.001mm/tahun, iaitu apa yang diperlukan untuk-implantasi jangka panjang.
Teknologi pengoksidaan arka mikro: Medan elektrik bervoltan tinggi-digunakan untuk merangsang nyahcas arka mikro pada permukaan aloi titanium. Ini menjadikan filem oksida seramik yang mengandungi titanium, oksigen, dan fosforus. Ia boleh menjadi lebih keras daripada 1000HV, dan ia adalah tiga kali lebih tahan haus daripada filem oksida anodik biasa. Ia berfungsi dengan baik untuk situasi dengan berat badan yang banyak, seperti prostesis sendi.
Menggunakan teknologi pemendapan wap fizikal (PVD) atau pemendapan wap kimia (CVD), skala nano TiN, TiAlN, dan salutan keras lain boleh digunakan pada permukaan implan dengan ketebalan hanya 1–5 μm. Ini boleh meningkatkan rintangan kakisan lebih daripada 50%, mengurangkan pekali geseran, dan mengurangkan jumlah zarah haus yang dibuat.
3. Beri sifat antibakteria dan mengurangkan peluang untuk jatuh sakit
Jangkitan yang berlaku selepas pembedahan adalah salah satu sebab utama mengapa implan perubatan gagal. Sebagai contoh, jangkitan pada implan ortopedik, kardiovaskular dan lain-lain boleh berlaku dalam 1% hingga 5% kes. Rawatan permukaan berfungsi dengan baik untuk menghentikan bakteria daripada melekat pada permukaan dan membentuk biofilm dengan membuat permukaan yang membunuh bakteria atau menambah bahan kimia antibakteria.
Cantuman permukaan kumpulan antibakteria: Kumpulan antibakteria seperti garam ammonium kuaternari dan fluorida ditambah pada permukaan implan menggunakan rawatan plasma atau cantuman kimia. Ini mengubah struktur membran sel bakteria dan mempunyai-kesan antibakteria yang berkekalan. Sebagai contoh, salutan antibakteria yang mengandungi perak boleh membunuh 99% Staphylococcus aureus dan kekal berkesan selama lebih daripada 30 hari.
Salutan pintar-cerah: Ini melibatkan meletakkan fotosensitizer (sebatian porfirin sedemikian) pada permukaan implan dan menggunakan cahaya dengan panjang gelombang tertentu untuk membuat spesies oksigen reaktif (ROS) yang memusnahkan kuman tanpa mencederakan sel perumah. Kaedah ini telah digunakan untuk membasmi kuman permukaan peralatan yang mungkin menyebarkan jangkitan dengan mudah, seperti endoskop dan kateter.
Salutan antibakteria dan pelepasan ubat berfungsi bersama-sama: Antibiotik seperti vankomisin dan gentamicin ditambah pada salutan bioseramik untuk mengawal seberapa cepat salutan rosak, yang membebaskan ubat. Kepekatan ubat di kawasan itu boleh lebih daripada 1000 kali lebih tinggi daripada kepekatan ubat dalam darah, yang menghentikan jangkitan selepas pembedahan.
4. Meningkatkan keupayaan osseointegrasi dan kadar kejayaan klinikal.
Untuk implan ortopedik, pergigian, dan lain-lain, kapasiti untuk osseointegrate adalah aspek penting dalam kejayaan klinikal. Rawatan permukaan mempercepatkan proses penyepaduan tulang dengan mengawal bentuk, solekan kimia, dan aktiviti biologi permukaan, yang membantu sel tulang melekat, membesar dan berubah.
Teknologi rawatan goresan asid berganda: Dengan menggunakan dua asid (seperti asid campuran HCl+H ₂ SO ₄ dan larutan HNO 3) dalam proses dua-langkah, struktur pori-berbilang peringkat dicipta pada permukaan implan. Struktur ini mempunyai kekasaran tahap-mikrometer yang memberikan daya saling kunci mekanikal dan pori aras nanometer-yang meningkatkan aktiviti biologi, menjadikan ikatan antara implan dan tulang lebih kuat sebanyak lebih daripada 30%.
Pencetakan 3D struktur berliang: Menggunakan teknologi peleburan laser terpilih (SLM) untuk membuat implan aloi titanium berliang yang berliang 60% hingga 80% dan mempunyai liang selebar 200 hingga 500 μm. Ini menyerupai struktur trabekular tulang semula jadi, menggalakkan pertumbuhan saluran darah dan tisu tulang, dan mencapai "penetapan biologi." Bukti klinikal menunjukkan bahawa tempoh osseointegrasi implan struktur berliang adalah 50% kurang daripada struktur pepejal.
Menukar molekul bioaktif: Meletakkan molekul bioaktif seperti protein morfogenetik tulang (BMP) dan kolagen pada permukaan implan untuk memulakan laluan isyarat yang membantu sel tulang membezakan. Sebagai contoh, implan yang telah ditukar dengan BMP-2 boleh mengurangkan masa yang diperlukan untuk osseointegration daripada 3 bulan kepada 6 minggu dan meningkatkan kadar kejayaan implantasi kepada lebih daripada 98%.