亞洲健康互聯
優化產業的推手,生醫商機的GPS!

首頁產業資訊醫材報導醫材產業用“人造骨”塗覆植入物防止發炎

用“人造骨”塗覆植入物防止發炎

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2020/10/26
韓國科學技術研究院(KIST)研發的帶有人造骨塗層的鈦片。圖片來源:韓國科學技術研究院

由於增強的生物相容性和骨整合性,羥基磷灰石(HAp)塗層,通常應用於直接植入骨骼上的生物醫學裝置。儘管已經開發了各種HAp塗層技術,但是由於耗時的HAp合成和附加塗層工藝,使其受到了限制。為了減輕這種問題,韓國科學技術研究院(KIST)生物材料中心的研究人員開發了一種陶瓷人工骨塗層,其粘附強度是傳統塗層材料的三倍。

由於人口老齡化以及其他因素,在現代社會中,骨病正變得越來越普遍,並且使用牙科和整形外科植入物來治療骨病的人數正在上升。當在古羅馬使用鍛鐵牙植入物時,植入物的歷史可以追溯到公元1年。然而,儘管歷史悠久,植入手術仍然存在許多問題,例如由於緩慢整合到骨組織中而導致的植入物鬆動或發炎,需要進行二次外科手術。

儘管迄今已經嘗試用具有與實際人骨相同組成的「人造骨」塗覆植入物材料,以解決黏附強度和發炎問題,但是,常規的塗覆方法需要合成過程以製造人造骨材料,並且需要很長時間的塗覆過程。此外,基材與人造骨塗層之間的結合力往往很弱,導致損壞甚至脫落,而且很少有可用於臨床患者的強力塗層方法。

研究團隊開發了一種誘導人工骨塗層的技術,該技術只需一個小時即可完成需要衣天使可完成的數十個步驟。透過使用該技術,無需在單獨的過程中合成用於人造骨塗層的原料,並且可以使用奈秒雷射建立塗層,而無需任何昂貴的設備或熱處理工藝。

不僅如此,相較於目前臨床上使用的幾種人工骨塗層技術,可以形成具有更強結合力的塗層。而且,該方法不僅在金屬表面上,甚至在聚合物材料(例如整形外科塑膠植入物)的表面上,都可以得到堅固的塗層,這是常規方法無法實現的。

為了減少過程中涉及的多種步驟以及持續時間,並確保塗層牢固,研究團隊將要塗層的材料放置在含有鈣和磷的溶液中,並用雷射照射。在雷射器的目標位置以局部方式升高溫度,引起涉及鈣和磷的反應,從而產生陶瓷人造骨(羥基磷灰石)並形成塗層。

與傳統的塗覆方法不同,人造骨成分的合成是透過雷射誘導的,同時,將基材表面加熱到熔點以上,以使人造骨材料吸附在熔化的表面上並照原樣變硬,從而使結合強度最大化。

透過奈秒雷射表面處理,同時合成和塗覆HAp的快速單步方法。在傳統的HAp塗覆方法中,可以清楚地區分HAp層和基材之間的最終界面。但是,在這種方法中,HAp的合成和塗層透過基礎材料的熔融同時發生,從而形成梯度的HAp-基礎材料複合塗層。在鈦表面上形成的塗層表現出31.747.2 N的結合力,足以應用於醫療植入物。

改變雷射照射條件可定量調節HAp形成過程和塗層厚度。此外,所得的HAp塗層更好地促進了骨細胞的附著。這些結果為金屬和聚合物生物醫學設備的骨結合部位的表面處理,提供了突破。