智能涂层为更安全的髋关节、膝关节和牙齿种植打开了大门

北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种“智能涂层”，可以帮助外科植入物与骨骼更紧密地结合，并防止感染。

当病人进行髋关节、膝关节或牙齿置换手术时，他们的身体有排斥植入物的风险。但在北卡罗来纳州开发的智能涂层通过促进骨生长到种植体，降低了这种风险。涂层在植入物旁边形成了一层结晶层，以及一层接触周围骨骼的无定形外层。随着时间的推移，无定形层会溶解，释放出钙和磷酸盐，从而促进骨骼生长。

“随着无定形层的溶解，骨生长到涂层中，从而改善了粘合，或骨结合，”北卡罗来纳州机械和航空航天工程副教授、生物医学工程副教授和一篇描述该研究的论文的合著者Afsaneh Rabiei博士说。这种结合也使种植体更有功能，因为这种结合有助于确保骨和种植体更好地分担负荷。

拉比伊说:“我们称之为智能涂层，因为我们可以调整无定形层的溶解速度，以匹配每个病人的骨骼生长速度。”这一点很重要，因为人们的骨骼生长速度非常不同。例如，年轻人的骨骼往往比老年人的骨骼生长得快得多。

研究人员还在涂层中加入了银纳米颗粒，以防止感染。目前，植入手术的病人必须接受一种强化的抗生素治疗，以防止术后立即感染。然而，植入的部位将永远是容易感染的。Rabiei说，但是通过在涂层中加入银，银粒子将在非晶态层溶解时发挥抗菌作用。这不仅会限制手术后患者需要的抗生素的数量，而且会在种植体的整个生命周期内保护种植体不受感染。此外，当手术后感染的风险更大时，银被释放得更快，因为涂层的无定形层溶解得更快。银的释放会随着病人的康复而减慢。拉比伊说:“这是我们称之为智能涂层的另一个原因。”

该研究由美国国家科学基金会资助，并由橡树岭国家实验室的纳米材料科学中心和共享研究设备用户设施协助完成。

这项名为“掺有抗菌成分的功能分级羟基磷灰石涂层”的研究是由拉比伊、前北卡罗莱纳州立大学博士生小白、橡树岭国家实验室研究员卡伦·莫尔和克里斯托弗·鲁洛共同撰写的。这项研究由Acta BioMaterialia．

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

《掺有抗菌成分的功能梯度羟基磷灰石涂层》

作者:肖白，Afsaneh Rabiei，北卡罗来纳州立大学;Karren More, Christopher M. Rouleau，橡树岭国家实验室

发表:在线2010年1月，Acta BioMaterialia

文摘:采用离子束辅助沉积法在钛基表面沉积了一系列含不同比例银的功能梯度羟基磷灰石涂层。利用透射电子显微镜(TEM)和x射线能谱扫描电子显微镜分析涂层的截面，发现结晶度降低，从涂层/基体界面到顶部表面有纳米级(10-50 nm)的银颗粒分布。x射线衍射和高分辨率透射电镜快速傅里叶变换显示涂层中存在羟基磷灰石。x射线光电子能谱分析表明，FGHA外表面Ag (wt.%)的含量为1.09 ~ 6.59，约为整个涂层平均Ag含量的一半。拉拔试验评估的平均粘附强度范围为83±6 ~ 88±3 MPa，与无银FGHA的85 MPa相当。对失效区域的进一步光学观察表明，主要的失效机制是环氧失效，而FGHA涂层的分层没有被观察到。