Tytanowe implanty z diamentową powłoką – czy czeka nas przełom w medycynie?

0

Diament jest odmianą alotropową węgla, najtwardszą znaną substancją występującą w przyrodzie. Choć zazwyczaj nasze pierwsze skojarzenie z nim związane to biżuteria z brylantami jest on wartościowy nie tylko ze względu na swoje walory estetyczne. Stosuje się go do produkcji materiałów ściernych, past termoprzewodzących, narzędzi tnących i skrawających, detektorów cząstek elementarnych, twardościomierzy, igieł fonograficznych… a w przyszłości także powłok implantów drukowanych w 3D!

Badania australijskich naukowców pokazały, że diament może być skutecznie stosowany jako powłoka tytanowych implantów drukowanych na drukarkach 3D w technologii SLM (Selective Laser Melting – selektywne spiekanie sproszkowanego metalu wiązką lasera). Taka powłoka mogłaby być gwarancją prawidłowego przeroścnięcia wszczepu tkanką natywną organizmu.

Tytan to jeden z chętniej stosowanych biomateriałów do produkcji implantów. Jest wysoko biokompatybilny, odporny zarówno na korozję jak i działanie wielu związków, takich jak: kwas azotowy, dwutlenek chloru, stopiona siarka czy roztwory chloru (NaCl, KCl, itp.). Jednak tytan i jego stopy mają to do siebie, że posiadają bardzo niską odporność na ścieranie, przez co jony metali mogą przedostawać się do tkanek otaczających miejsce wszczepu i wywoływać alergie.

Ponadto podczas obserwacji klinicznych dostrzeżono przypadki aseptycznego obluzowana endoprotez. Dlatego też bardzo ważne jest stosowanie na implantach powłok, które poprawiają trwałość połączenia z kością, są twarde przez co nie ulegają ścieraniu, a także wykazują wysoką biokompatybilność i odporność na korozję. Wszystkie te wymagania zdaje się spełniać diamentowa powłoka.

Inżynier biomedyczna dr. Kate Fox i jej zespół z RMIT University’s School of Engineering w Melbourne dokonali przełomu wytwarzając na drukarce 3D tytanowe implanty pokryte niedrogimi, syntetycznymi diamentami. Dr. Fox wyjaśnia, że do wytwarzania powłoki używają nanoproszku diamentowego uzyskiwanego w procesie detonacji. Jest on tańszy niż proszek tytanowy. Diament zwiększa integrację między żywymi komórkami ciała i sztucznym implantem oraz stymuluje rozrost tkanek i ogranicza rozwój bakterii.

Technika selektywnego spiekania laserem tytanu (SLM-Ti) może być użyta do tworzenia implantów pasujących do indywidualnych potrzeb pacjentów. Jednak końcowy produkt jest podatny na kolonizację przez bakterie. Ponadto występują problemy z osteointegracją. Powłoki diamentowe zwiększają integrację implantu z tkankami i redukują aktywność mikrobów. Według Rifai, doktoranta pracującego z Dr. Fox, diament jest tak skutecznym materiałem dla tego typu zastosowań, ponieważ węgiel jest jednym z głównych składników ciała ludzkiego. Jest niesamowicie biokompatybilny i komórki naszego ciała chętnie rozwijają się na powłoce diamentowej. Powłoka nanoszona jest na implant przy pomocy plazmy mikrofalowej.

Element wydrukowany z tytanu wystawiony na działanie plazmy.

Minie jeszcze wiele lat badań klinicznych zanim technika wytwarzania implantów tytanowych z powłoką diamentową będzie na tyle zbadana i udoskonalona, aby mogły one trafić do pacjentów. Jednak dzięki wykorzystaniu druku 3D, projekt ma duży potencjał – umożliwia szybkie, precyzyjne przygotowanie implantu, dla konkretnego specyficznego pacjenta.

Zespół będzie kontynuował badania nad wykorzystaniem technologii w ortopedii – naukowcy opublikowali dotychczasowe wyniki projektu w pracy zatytułowanej „Polycrystalline Diamond Coating of Additively Manufactured Titanium for Biomedical Applications” (z ang. „Diamentowe powłoki polikrystaliczne tytanu wytworzonego technikami addytywnymi w zastosowaniach biomedycznych”) w amerykańskim czasopiśmie „ACS Applied Materials and Interfaces”.

Udostępnij.

O autorze

Magdalena Jaśkiewicz

Przyszła inżynier inżynierii biomedycznej, zafascynowana drukarkami 3D i programowaniem. Czynnie uprawiająca bieg na orientację.