Quina és la importància especial del tractament superficial per als implants mèdics?

1. Millorar la biocompatibilitat i disminuir les reaccions de rebuig.
La biocompatibilitat és una necessitat important per als implants mèdics. Significa que els materials no han de produir reaccions dolentes com ara toxicitat, sensibilització, inflamació o trombosi quan entren en contacte amb el teixit humà. El tractament superficial millora les qualitats superficials dels implants mitjançant enfocaments físics o químics. Això els fa molt més biocompatibles.
Mitjançant l'aplicació de mètodes com ara el sorra, el gravat àcid i el processament làser, es fan estructures rugoses a micro- o nano{1}}escala a la superfície de l'implant. Això augmenta la superfície i l'àrea de contacte amb el teixit, la qual cosa ajuda a que les cèl·lules s'enganxin a l'implant i creixin. Per exemple, després de ser arenat i gravat amb àcid, la rugositat superficial (valor Sa) dels implants dentals es pot mantenir entre 1 i 2 μm, cosa que pot augmentar molt la força de l'enllaç ossi i accelerar el procés de curació.
Modificació química: afegir grups bioactius com els grups hidroxil i amino a la superfície dels implants, o afegir minerals que ajuden al creixement dels ossos, com estronci i calci, per millorar la interacció química entre materials i teixits. Després de l'anodització, es forma una pel·lícula d'òxid gruixuda a la superfície de l'aliatge de titani. A continuació, s'utilitzen mètodes electroquímics per incrustar elements de calci i fòsfor per imitar la composició de l'os natural i fomentar el desenvolupament de cèl·lules òssies.
Tecnologia de biorecobriment: es posen bioceràmiques (com la hidroxiapatita) o recobriments de vidre bioactius a la superfície dels implants mitjançant tecnologies com la polvorització de plasma i la deposició electroquímica. Aquests recobriments estan directament implicats en els mecanismes que fan que els ossos funcionin. Els estudis indiquen que la taxa d'osteointegració dels implants recoberts d'hidroxiapatita-supera la dels implants no tractats en més d'un 40%.
2. Millorar la resistència a la corrosió i allargar la vida útil
Els implants mèdics han de suportar una exposició prolongada als fluids corporals humans, que es poden erosionar fàcilment per agents corrosius com ara ions clorur i proteïnes. Aquesta corrosió provoca la dissolució d'ions metàl·lics i el despreniment de recobriments, provocant potencialment respostes inflamatòries o fracàs de l'implant. En crear una capa protectora gruixuda, el tractament superficial augmenta considerablement la resistència a la corrosió dels implants.
Tractament de passivació: després de ser tractat amb àcid nítric, es forma una pel·lícula de passivació d'òxid de crom a la superfície dels implants d'acer inoxidable. Aquesta pel·lícula evita que els ions metàl·lics es filtrin i redueix la taxa de corrosió a menys de 0,001 mm/any, que és el que es necessita per a la implantació-a llarg termini.
Tecnologia d'oxidació de micro arc: s'utilitza un camp elèctric d'alt -tensió per excitar la descàrrega de micro arc a la superfície de l'aliatge de titani. Això fa una pel·lícula d'òxid ceràmic que conté titani, oxigen i fòsfor. Pot arribar a ser més dur que 1000HV i és tres vegades més resistent al desgast que les pel·lícules d'òxid anòdic normals. Funciona bé per a situacions amb molt pes, com les pròtesis articulars.
Mitjançant la tecnologia de deposició física de vapor (PVD) o deposició química de vapor (CVD), es poden aplicar TiN a escala nanomètrica, TiAlN i altres recobriments durs a la superfície dels implants amb un gruix de només 1-5 μm. Això pot millorar la resistència a la corrosió en més d'un 50%, reduir el coeficient de fricció i reduir la quantitat de partícules de desgast que es fan.
3. Dóna-li propietats antibacterianes i redueix la possibilitat de emmalaltir
Les infeccions que es produeixen després de la cirurgia són una de les principals raons per les quals fallen els implants mèdics. Per exemple, les infeccions en implants ortopèdics, cardiovasculars i altres poden ocórrer en un 1% a un 5% dels casos. El tractament de superfícies funciona bé per evitar que els bacteris s'enganxin a les superfícies i formen biofilms fent superfícies que maten els bacteris o afegint productes químics antibacterians.
Empelt superficial de grups antibacterians: s'afegeixen grups antibacterians com sals d'amoni quaternaris i fluorurs a la superfície de l'implant mitjançant tractament amb plasma o empelt químic. Això canvia l'estructura de la membrana cel·lular bacteriana i té efectes antibacterians-de llarga durada. Per exemple, un recobriment antibacterià que conté plata pot matar el 99% de Staphylococcus aureus i mantenir-se efectiu durant més de 30 dies.
Recobriment intel·ligent-responsiu a la llum: consisteix a posar fotosensibilitzadors (com els compostos de porfirina) a la superfície dels implants i utilitzar llum d'una determinada longitud d'ona per crear espècies reactives d'oxigen (ROS) que destrueixen els gèrmens sense danyar les cèl·lules hostes. Aquest mètode s'ha utilitzat per desinfectar les superfícies d'equips que poden estendre fàcilment infeccions, com endoscopis i catèters.
El recobriment antibacterià i l'alliberament de fàrmacs funcionen conjuntament: s'afegeixen antibiòtics com la vancomicina i la gentamicina al recobriment bioceràmic per controlar la rapidesa amb què es trenca el recobriment, que allibera els fàrmacs. La concentració del medicament a la zona pot ser més de 1000 vegades superior a la concentració del fàrmac a la sang, la qual cosa atura les infeccions després de la cirurgia.
4. Millorar la capacitat d'osteointegració i la taxa d'èxit clínic.
Per als implants ortopèdics, dentals i altres, la capacitat d'osteointegració és un aspecte important en l'èxit clínic. El tractament superficial accelera el procés d'integració òssia controlant la forma, la composició química i l'activitat biològica de la superfície, cosa que ajuda a les cèl·lules òssies a enganxar-se, créixer i canviar.
Tecnologia de tractament de gravat amb doble àcid: mitjançant l'ús de dos àcids (com l'àcid mixt HCl+H ₂ SO ₄ i la solució HNO 3) en un procés de dos passos, es crea una estructura de porus de diversos nivells a la superfície de l'implant. Aquesta estructura té una rugositat a nivell micròmetre-que proporciona una força d'enclavament mecànica i porus a nivell- nanomètric que augmenten l'activitat biològica, fent que l'enllaç entre l'implant i l'os sigui més fort en més d'un 30%.
Impressió 3D d'estructures poroses: utilitzant la tecnologia de fusió per làser selectiva (SLM) per fer implants porosos d'aliatge de titani que siguin porosos del 60% al 80% i tinguin porus de 200 a 500 μm d'amplada. Això simula l'estructura trabecular òssia natural, afavoreix el creixement dels vasos sanguinis i del teixit ossi i aconsegueix la "fixació biològica". L'evidència clínica indica que la durada d'osteointegració dels implants d'estructura porosa és un 50% menor que la de les estructures sòlides.
Canvi de molècules bioactives: posant molècules bioactives com la proteïna morfogenètica òssia (BMP) i el col·lagen a la superfície dels implants per iniciar vies de senyalització que ajudin a diferenciar-se les cèl·lules òssies. Per exemple, els implants que s'han canviat amb BMP-2 poden reduir el temps d'osteointegració de 3 mesos a 6 setmanes i augmentar la taxa d'èxit de la implantació a més del 98%.