¿Cuál es la importancia especial del tratamiento superficial de los implantes médicos?

1. Mejorar la biocompatibilidad y disminuir las reacciones de rechazo.
La biocompatibilidad es una necesidad importante para los implantes médicos. Significa que los materiales no deben producir reacciones adversas como toxicidad, sensibilización, inflamación o trombosis cuando entran en contacto con el tejido humano. El tratamiento de superficie mejora las cualidades de la superficie de los implantes mediante enfoques físicos o químicos. Esto los hace mucho más biocompatibles.
Mediante la aplicación de métodos como el chorro de arena, el grabado ácido y el procesamiento con láser, se crean estructuras rugosas a micro{0}} o nano-escala en la superficie del implante. Esto aumenta la superficie y el área de contacto con el tejido, lo que ayuda a que las células se adhieran al implante y crezcan. Por ejemplo, después de ser pulidos con chorro de arena y grabado con ácido, la rugosidad de la superficie (valor Sa) de los implantes dentales se puede mantener entre 1 y 2 μm, lo que puede aumentar en gran medida la resistencia de la unión ósea y acelerar el proceso de curación.
Modificación química: agregar grupos bioactivos como grupos hidroxilo y amino a la superficie de los implantes, o agregar minerales que ayudan al crecimiento de los huesos, como estroncio y calcio, para mejorar la interacción química entre materiales y tejidos. Después del anodizado, se forma una gruesa película de óxido en la superficie de la aleación de titanio. Luego se utilizan métodos electroquímicos para incorporar elementos de calcio y fósforo para imitar la composición del hueso natural y estimular el desarrollo de las células óseas.
Tecnología de biorecubrimiento: se colocan biocerámicas (como hidroxiapatita) o recubrimientos de vidrio bioactivo en la superficie de los implantes utilizando tecnologías como la pulverización de plasma y la deposición electroquímica. Estos recubrimientos están directamente involucrados en los mecanismos que hacen funcionar los huesos. Los estudios indican que la tasa de osteointegración de los implantes recubiertos de hidroxiapatita-supera la de los implantes no tratados en más del 40 %.
2. Mejorar la resistencia a la corrosión y alargar la vida útil
Los implantes médicos deben soportar una exposición prolongada a fluidos corporales humanos, que pueden ser fácilmente erosionados por agentes corrosivos como iones de cloruro y proteínas. Esta corrosión provoca la disolución de los iones metálicos y el desprendimiento de los recubrimientos, lo que puede provocar respuestas inflamatorias o fallos del implante. Al crear una capa protectora gruesa, el tratamiento de la superficie aumenta en gran medida la resistencia a la corrosión de los implantes.
Tratamiento de pasivación: Después del tratamiento con ácido nítrico, se forma una película de pasivación de óxido de cromo en la superficie de los implantes de acero inoxidable. Esta película evita que los iones metálicos se filtren y reduce la tasa de corrosión a menos de 0,001 mm/año, que es lo que se necesita para una implantación a largo plazo.
Tecnología de oxidación de microarco: se utiliza un campo eléctrico de alto-voltaje para excitar la descarga de microarco en la superficie de la aleación de titanio. Esto forma una película de óxido cerámico que contiene titanio, oxígeno y fósforo. Puede llegar a ser más duro que 1000HV y es tres veces más resistente al desgaste que las películas de óxido anódico normales. Funciona bien para situaciones con mucho peso, como prótesis articulares.
Utilizando la tecnología de deposición física de vapor (PVD) o deposición química de vapor (CVD), se pueden aplicar TiN, TiAlN y otros recubrimientos duros a nanoescala a la superficie de los implantes con un espesor de solo 1 a 5 μm. Esto puede mejorar la resistencia a la corrosión en más de un 50%, reducir el coeficiente de fricción y reducir la cantidad de partículas de desgaste que se generan.
3. Dale propiedades antibacterianas y disminuye las posibilidades de enfermarte.
Las infecciones que ocurren después de la cirugía son una de las principales razones por las que fallan los implantes médicos. Por ejemplo, las infecciones en implantes ortopédicos, cardiovasculares y de otro tipo pueden ocurrir entre el 1% y el 5% de los casos. El tratamiento de superficies funciona bien para evitar que las bacterias se adhieran a las superficies y formen biopelículas al crear superficies que matan las bacterias o agregar productos químicos antibacterianos.
Injerto de superficie de grupos antibacterianos: los grupos antibacterianos como sales de amonio cuaternario y fluoruros se agregan a la superficie del implante mediante un tratamiento con plasma o un injerto químico. Esto cambia la estructura de la membrana celular bacteriana y tiene-efectos antibacterianos duraderos. Por ejemplo, un recubrimiento antibacteriano que contiene plata puede matar el 99% del Staphylococcus aureus y permanecer eficaz durante más de 30 días.
Recubrimiento inteligente-que responde a la luz: implica colocar fotosensibilizadores (como compuestos de porfirina) en la superficie de los implantes y usar luz de una determinada longitud de onda para producir especies reactivas de oxígeno (ROS) que destruyen los gérmenes sin dañar las células huésped. Este método se ha utilizado para desinfectar las superficies de equipos que podrían propagar infecciones fácilmente, como endoscopios y catéteres.
El recubrimiento antibacteriano y la liberación de medicamentos trabajan juntos: se agregan antibióticos como vancomicina y gentamicina al recubrimiento biocerámico para controlar la rapidez con la que el recubrimiento se descompone, lo que libera los medicamentos. La concentración del medicamento en la zona puede ser más de 1000 veces mayor que la concentración del fármaco en la sangre, lo que detiene las infecciones después de la cirugía.
4. Mejorar la capacidad de osteointegración y la tasa de éxito clínico.
Para implantes ortopédicos, dentales y de otro tipo, la capacidad de osteointegración es un aspecto importante del éxito clínico. El tratamiento de superficies acelera el proceso de integración ósea al controlar la forma, la composición química y la actividad biológica de la superficie, lo que ayuda a que las células óseas se adhieran, crezcan y cambien.
Tecnología de tratamiento de grabado con doble ácido: mediante el uso de dos ácidos (como HCl+H ₂ SO ₄ solución de ácido mixto y HNO 3) en un proceso de dos-pasos, se crea una estructura de poros de múltiples-niveles en la superficie del implante. Esta estructura tiene una rugosidad de nivel micrométrico-que proporciona una fuerza de entrelazado mecánico y poros de nivel nanométrico-que aumentan la actividad biológica, lo que fortalece la unión entre el implante y el hueso en más de un 30%.
Impresión 3D de estructuras porosas: uso de tecnología de fusión selectiva por láser (SLM) para fabricar implantes porosos de aleación de titanio que tienen entre un 60 % y un 80 % de poros y poros de 200 a 500 μm de ancho. Esto simula la estructura trabecular ósea natural, estimula el crecimiento de vasos sanguíneos y tejido óseo y logra una "fijación biológica". La evidencia clínica indica que la duración de la osteointegración de los implantes de estructuras porosas es un 50% menor que la de las estructuras sólidas.
Cambiar las moléculas bioactivas: colocar moléculas bioactivas como la proteína morfogenética ósea (BMP) y el colágeno en la superficie de los implantes para iniciar vías de señalización que ayuden a las células óseas a diferenciarse. Por ejemplo, los implantes que se han cambiado con BMP-2 pueden reducir el tiempo que lleva la osteointegración de 3 meses a 6 semanas y aumentar la tasa de éxito de la implantación a más del 98%.