Qual é o significado especial do tratamento de superfície para implantes médicos?

1. Melhorar a biocompatibilidade e diminuir as reações de rejeição.
A biocompatibilidade é uma necessidade importante para implantes médicos. Isso significa que os materiais não devem produzir reações adversas como toxicidade, sensibilização, inflamação ou trombose quando entram em contato com tecido humano. O tratamento de superfície melhora as qualidades superficiais dos implantes usando abordagens físicas ou químicas. Isso os torna muito mais biocompatíveis.
Ao aplicar métodos como jato de areia, ataque ácido e processamento a laser, estruturas ásperas em micro- ou nano{1}}escala são feitas na superfície do implante. Isso aumenta a área de superfície e a área de contato com o tecido, o que ajuda as células a aderirem ao implante e a crescerem. Por exemplo, depois de jateados e condicionados com ácido, a rugosidade da superfície (valor Sa) dos implantes dentários pode ser mantida entre 1 e 2 μm, o que pode aumentar muito a resistência da ligação óssea e acelerar o processo de cicatrização.
Modificação química: adição de grupos bioativos como grupos hidroxila e amino à superfície dos implantes, ou adição de minerais que ajudam os ossos a crescer, como estrôncio e cálcio, para melhorar a interação química entre materiais e tecidos. Após a anodização, uma espessa película de óxido se forma na superfície da liga de titânio. Métodos eletroquímicos são então usados ​​para incorporar elementos de cálcio e fósforo para imitar a composição do osso natural e estimular o desenvolvimento das células ósseas.
Tecnologia de biorevestimento: Biocerâmicas (como hidroxiapatita) ou revestimentos de vidro bioativo são colocados na superfície dos implantes usando tecnologias como pulverização de plasma e deposição eletroquímica. Esses revestimentos estão diretamente envolvidos nos mecanismos que fazem os ossos funcionarem. Estudos indicam que a taxa de osseointegração de implantes revestidos-de hidroxiapatita excede a de implantes não tratados em mais de 40%.
2. Melhorar a resistência à corrosão e prolongar a vida útil
Os implantes médicos devem suportar exposição prolongada a fluidos corporais humanos, que podem ser facilmente corroídos por agentes corrosivos, como íons cloreto e proteínas. Esta corrosão resulta na dissolução de íons metálicos e no desprendimento de revestimentos, causando potencialmente respostas inflamatórias ou falha do implante. Ao criar uma espessa camada protetora, o tratamento de superfície aumenta muito a resistência à corrosão dos implantes.
Tratamento de passivação: Após tratamento com ácido nítrico, forma-se uma película de passivação de óxido de cromo na superfície dos implantes de aço inoxidável. Esse filme impede que os íons metálicos vazem e reduz a taxa de corrosão para menos de 0,001 mm/ano, o que é necessário para uma implantação-de longo prazo.
Tecnologia de oxidação de microarco: um campo elétrico de alta-tensão é usado para excitar a descarga de microarco na superfície da liga de titânio. Isso forma um filme de óxido cerâmico que contém titânio, oxigênio e fósforo. Pode ficar mais duro que 1000HV e é três vezes mais resistente ao desgaste do que os filmes normais de óxido anódico. Funciona bem para situações de muito peso, como próteses articulares.
Usando a tecnologia de deposição física de vapor (PVD) ou de deposição química de vapor (CVD), TiN, TiAlN e outros revestimentos duros em nanoescala podem ser aplicados na superfície de implantes com uma espessura de apenas 1–5 μm. Isso pode melhorar a resistência à corrosão em mais de 50%, diminuir o coeficiente de atrito e reduzir a quantidade de partículas de desgaste produzidas.
3. Dê-lhe propriedades antibacterianas e reduza a chance de adoecer
As infecções que ocorrem após a cirurgia são uma das principais razões pelas quais os implantes médicos falham. Por exemplo, infecções em implantes ortopédicos, cardiovasculares e outros podem ocorrer em 1% a 5% dos casos. O tratamento de superfície funciona bem para impedir que as bactérias grudem nas superfícies e formem biofilmes, criando superfícies que matam as bactérias ou adicionando produtos químicos antibacterianos.
Enxerto de superfície de grupos antibacterianos: Grupos antibacterianos como sais de amônio quaternário e fluoretos são adicionados à superfície do implante usando tratamento com plasma ou enxerto químico. Isso altera a estrutura da membrana celular bacteriana e tem efeitos antibacterianos-de longa duração. Por exemplo, um revestimento antibacteriano que contém prata pode matar 99% dos Staphylococcus aureus e permanecer eficaz por mais de 30 dias.
Revestimento inteligente-responsivo à luz: envolve a colocação de fotossensibilizadores (como compostos de porfirina) na superfície dos implantes e o uso de luz de um determinado comprimento de onda para produzir espécies reativas de oxigênio (ROS) que destroem os germes sem danificar as células hospedeiras. Este método tem sido usado para desinfetar superfícies de equipamentos que podem facilmente espalhar infecções, como endoscópios e cateteres.
O revestimento antibacteriano e a liberação do medicamento trabalham juntos: antibióticos como vancomicina e gentamicina são adicionados ao revestimento biocerâmico para controlar a rapidez com que o revestimento se decompõe, o que libera os medicamentos. A concentração do medicamento na área pode ser mais de 1.000 vezes maior que a concentração do medicamento no sangue, o que evita infecções após a cirurgia.
4. Melhorar a capacidade de osseointegração e a taxa de sucesso clínico.
Para implantes ortopédicos, dentários e outros, a capacidade de osseointegração é um aspecto significativo no sucesso clínico. O tratamento de superfície acelera o processo de integração óssea, controlando a forma, a composição química e a atividade biológica da superfície, o que ajuda as células ósseas a aderirem, crescerem e mudarem.
Tecnologia de tratamento de ataque ácido duplo: usando dois ácidos (como ácido misto HCl+H ₂ SO ₄ e solução de HNO 3) em um processo de duas-etapas, uma estrutura de poros de vários-níveis é criada na superfície do implante. Essa estrutura tem rugosidade de nível micrométrico-que fornece força mecânica de intertravamento e poros de nível-nanométrico que aumentam a atividade biológica, tornando a ligação entre o implante e o osso mais forte em mais de 30%.
Impressão 3D de estruturas porosas: Usando a tecnologia de fusão seletiva a laser (SLM) para fazer implantes porosos de liga de titânio que são 60% a 80% porosos e têm poros de 200 a 500 μm de largura. Isto simula a estrutura trabecular óssea natural, estimula o crescimento dos vasos sanguíneos e do tecido ósseo e consegue a "fixação biológica". Evidências clínicas indicam que a duração da osseointegração de implantes de estrutura porosa é 50% menor que a de estruturas sólidas.
Alteração de moléculas bioativas: Colocar moléculas bioativas como proteína morfogenética óssea (BMP) e colágeno na superfície dos implantes para iniciar vias de sinalização que ajudam as células ósseas a se diferenciarem. Por exemplo, os implantes que foram substituídos por BMP-2 podem reduzir o tempo necessário para a osseointegração de 3 meses para 6 semanas e aumentar a taxa de sucesso da implantação para mais de 98%.