اهمیت ویژه درمان سطحی برای ایمپلنت های پزشکی چیست؟

1. بهبود زیست سازگاری و کاهش واکنش های رد.
زیست سازگاری یک نیاز مهم برای ایمپلنت های پزشکی است. این بدان معناست که مواد نباید در تماس با بافت انسانی واکنش های بدی مانند سمیت، حساسیت، التهاب یا ترومبوز ایجاد کنند. درمان سطحی با استفاده از روش های فیزیکی یا شیمیایی کیفیت سطح ایمپلنت ها را بهبود می بخشد. این باعث می شود آنها زیست سازگاری بسیار بیشتری داشته باشند.
با استفاده از روش هایی مانند سندبلاست، اسید اچ، و پردازش لیزری، ساختارهای خشن میکرو- یا نانو-در مقیاس روی سطح ایمپلنت ساخته می‌شوند. این باعث افزایش سطح و سطح تماس بافت می شود که به سلول ها کمک می کند به ایمپلنت بچسبند و رشد کنند. به عنوان مثال، پس از سندبلاست و اسید اچ، زبری سطح (مقدار Sa) ایمپلنت های دندانی را می توان بین 1 تا 2 میکرومتر نگه داشت که می تواند استحکام باند استخوان را تا حد زیادی افزایش دهد و روند بهبود را تسریع کند.
اصلاح شیمیایی: افزودن گروه‌های فعال زیستی مانند گروه‌های هیدروکسیل و آمینو به سطح ایمپلنت‌ها، یا افزودن مواد معدنی که به رشد استخوان‌ها کمک می‌کنند، مانند استرانسیوم و کلسیم، برای بهبود تعامل شیمیایی بین مواد و بافت‌ها. پس از آندایز کردن، یک لایه اکسید ضخیم روی سطح آلیاژ تیتانیوم تشکیل می شود. سپس از روش های الکتروشیمیایی برای جاسازی عناصر کلسیم و فسفر برای تقلید از ترکیب استخوان طبیعی و تشویق رشد سلول های استخوانی استفاده می شود.
فناوری پوشش زیستی: بیوسرامیک ها (مانند هیدروکسی آپاتیت) یا پوشش های شیشه ای زیست فعال با استفاده از فناوری هایی مانند اسپری پلاسما و رسوب الکتروشیمیایی روی سطح ایمپلنت ها قرار می گیرند. این پوشش‌ها مستقیماً در مکانیسم‌هایی که باعث عملکرد استخوان‌ها می‌شوند، دخالت دارند. مطالعات نشان می‌دهد که میزان استئواینپارچگی ایمپلنت‌های پوشش‌دهی شده با هیدروکسی آپاتیت بیش از ۴۰٪ از ایمپلنت‌های درمان نشده بیشتر است.
2. بهبود مقاومت در برابر خوردگی و افزایش عمر مفید
ایمپلنت های پزشکی باید قرار گرفتن طولانی مدت در معرض مایعات بدن انسان را تحمل کنند، مایعات بدن انسان می تواند به راحتی توسط عوامل خورنده مانند یون های کلرید و پروتئین ها فرسایش یابد. این خوردگی منجر به انحلال یون های فلزی و جدا شدن پوشش ها می شود که به طور بالقوه باعث پاسخ های التهابی یا شکست ایمپلنت می شود. با ایجاد یک لایه محافظ ضخیم، درمان سطح مقاومت به خوردگی ایمپلنت ها را تا حد زیادی افزایش می دهد.
درمان غیرفعال سازی: پس از درمان با اسید نیتریک، یک فیلم غیرفعال سازی اکسید کروم روی سطح ایمپلنت های فولادی ضد زنگ تشکیل می شود. این فیلم از تراوش یون‌های فلزی جلوگیری می‌کند و نرخ خوردگی را به کمتر از 0.001 میلی‌متر در سال کاهش می‌دهد، که برای کاشت طولانی‌مدت لازم است.
فناوری اکسیداسیون میکرو قوس: یک میدان الکتریکی با ولتاژ بالا برای تحریک تخلیه میکرو قوس بر روی سطح آلیاژ تیتانیوم استفاده می‌شود. این یک فیلم اکسید سرامیکی می سازد که حاوی تیتانیوم، اکسیژن و فسفر است. این می تواند سخت تر از 1000HV شود و سه برابر بیشتر از فیلم های اکسید آندی معمولی در برابر سایش مقاوم است. برای موقعیت هایی با وزن زیاد، مانند پروتز مفصلی، خوب عمل می کند.
با استفاده از فناوری رسوب بخار فیزیکی (PVD) یا رسوب بخار شیمیایی (CVD)، نانو مقیاس قلع، TiAlN و سایر پوشش‌های سخت را می‌توان روی سطح ایمپلنت‌هایی با ضخامت 1 تا 5 میکرومتر اعمال کرد. این می تواند مقاومت در برابر خوردگی را تا بیش از 50% بهبود بخشد، ضریب اصطکاک را کاهش دهد و میزان ذرات سایش ایجاد شده را کاهش دهد.
3. به آن خاصیت ضد باکتری بدهید و احتمال بیماری را کاهش دهید
عفونت هایی که بعد از جراحی اتفاق می افتد یکی از دلایل اصلی شکست ایمپلنت های پزشکی است. به عنوان مثال، عفونت در ایمپلنت های ارتوپدی، قلبی عروقی و سایر موارد ممکن است در 1٪ تا 5٪ موارد رخ دهد. درمان سطحی برای جلوگیری از چسبیدن باکتری ها به سطوح و تشکیل بیوفیلم با ساخت سطوحی که باکتری ها را می کشد یا افزودن مواد شیمیایی ضد باکتری به خوبی کار می کند.
پیوند سطحی گروه های آنتی باکتریال: گروه های ضد باکتری مانند نمک های آمونیوم چهارتایی و فلوریدها با استفاده از درمان پلاسما یا پیوند شیمیایی به سطح ایمپلنت اضافه می شوند. این امر ساختار غشای سلولی باکتری را تغییر می دهد و اثرات ضد باکتریایی طولانی مدت دارد. به عنوان مثال، یک پوشش ضد باکتری حاوی نقره می تواند 99 درصد استافیلوکوکوس اورئوس را از بین ببرد و برای بیش از 30 روز موثر بماند.
پوشش هوشمند پاسخ‌گوی نور: این شامل قرار دادن حساس‌کننده‌های نوری (مانند ترکیبات پورفیرین) روی سطح ایمپلنت‌ها و استفاده از نور با طول موج مشخص برای ساخت گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) است که میکروب‌ها را بدون آسیب رساندن به سلول‌های میزبان از بین می‌برند. این روش برای ضدعفونی سطوح تجهیزاتی که ممکن است به راحتی عفونت را گسترش دهند مانند آندوسکوپ ها و کاتترها استفاده شده است.
پوشش آنتی باکتریال و آزادسازی دارو با هم کار می کنند: آنتی بیوتیک هایی مانند وانکومایسین و جنتامایسین به پوشش بیوسرامیک اضافه می شوند تا سرعت شکسته شدن پوشش را کنترل کنند که باعث آزاد شدن داروها می شود. غلظت دارو در ناحیه می تواند بیش از 1000 برابر بیشتر از غلظت دارو در خون باشد که باعث توقف عفونت پس از جراحی می شود.
4. بهبود توانایی استئواینتگراسیون و میزان موفقیت بالینی.
برای ایمپلنت های ارتوپدی، دندانی و سایر ایمپلنت ها، ظرفیت استئواینتگراسیون یک جنبه مهم در موفقیت بالینی است. درمان سطحی با کنترل شکل، ترکیب شیمیایی و فعالیت بیولوژیکی سطح، فرآیند یکپارچگی استخوان را تسریع می کند، که به چسبندگی، رشد و تغییر سلول های استخوانی کمک می کند.
تکنولوژی درمان اچ با اسید دوگانه: با استفاده از دو اسید (مانند اسید مخلوط HCl+H2 SO4 و محلول HNO3) در یک فرآیند دو مرحله‌ای، یک ساختار منافذ چند سطحی بر روی سطح ایمپلنت ایجاد می‌شود. این ساختار دارای ناهمواری سطح میکرومتری است که نیروی به هم پیوسته مکانیکی و منافذ سطح نانومتری را فراهم می‌کند که فعالیت بیولوژیکی را افزایش می‌دهد و پیوند بین ایمپلنت و استخوان را بیش از 30% قوی‌تر می‌کند.
چاپ سه بعدی سازه های متخلخل: استفاده از فناوری ذوب لیزری انتخابی (SLM) برای ساخت ایمپلنت های آلیاژ تیتانیوم متخلخل که 60 تا 80 درصد متخلخل هستند و منافذی بین 200 تا 500 میکرومتر دارند. این ساختار ترابکولار طبیعی استخوان را شبیه سازی می کند، رشد رگ های خونی و بافت استخوانی را تشویق می کند و به "تثبیت بیولوژیکی" دست می یابد. شواهد بالینی نشان می دهد که مدت زمان استئواینتگراسیون ایمپلنت های ساختار متخلخل 50 درصد کمتر از ساختارهای جامد است.
تغییر مولکول های زیست فعال: قرار دادن مولکول های زیست فعال مانند پروتئین مورفوژنتیک استخوان (BMP) و کلاژن روی سطح ایمپلنت ها برای شروع مسیرهای سیگنال دهی که به تمایز سلول های استخوانی کمک می کند. به عنوان مثال، ایمپلنت‌هایی که با BMP-2 تغییر کرده‌اند، می‌توانند زمان لازم برای ادغام استخوانی را از 3 ماه به 6 هفته کاهش دهند و میزان موفقیت کاشت را به بیش از 98 درصد افزایش دهند.