Forskere bringer bling til at forbedre implantater

I en verdensnyhed, Australske forskere har udnyttet diamanternes kraft i et gennembrud, der kan føre til radikale forbedringer i den måde, menneskekroppe accepterer biomedicinske implantater.

Forskere fra RMIT University har for første gang med succes belagt 3D-printede titaniumimplantater med diamant.

Udviklingen er det første skridt mod 3D-printede diamantimplantater til biomedicinsk brug og ortopædi - kirurgiske procedurer, der involverer det menneskelige bevægeapparat.

Mens titanium tilbyder en hurtig, nøjagtigt og pålideligt materiale til medicinsk kvalitet og patientspecifikke implantater, vores kroppe kan nogle gange afvise dette materiale.

Dette skyldes kemiske forbindelser på titanium, som forhindrer væv og knogler i at interagere effektivt med biomedicinske implantater. Syntetisk diamant giver en billig løsning på dette problem.

Gennembruddet er sket af den biomedicinske ingeniør Dr. Kate Fox og hendes team på RMIT's School of Engineering.

"I øjeblikket er guldstandarden for medicinske implantater titanium, men alt for ofte interagerer titaniumimplantater ikke med vores kroppe, som vi har brug for dem, " sagde Fox.

"For at omgå dette, vi har brugt diamant på 3D-stilladser til at skabe en overfladebelægning, der klæber bedre til celler, der almindeligvis findes i pattedyr.

"Vi bruger detonations nanodiamanter til at skabe belægningen, som er billigere end titanium pulveret.

"Denne belægning fremmer ikke kun en bedre cellulær vedhæftning til det underliggende diamant-titanium lag, men fremmede spredningen af ​​pattedyrsceller. Diamanten øger integrationen mellem den levende knogle og det kunstige implantat, og reducerer bakteriel tilknytning over en længere periode.

"Ikke kun kunne vores diamantbelægning føre til bedre biokompatibilitet for 3D-printede implantater, men det kunne også forbedre deres slid og modstand. Det er et exceptionelt biomateriale."

Gennembruddet blev gjort muligt med de seneste fremskridt inden for 3D-printning af titanium stilladser på RMITs Advanced Manufacturing Precinct. Belægningen er skabt via en mikrobølgeplasmaproces på Melbourne Center for Nanofabrication. Titanium stilladserne og diamanten er kombineret for at skabe biomaterialet.

"Der vil gå en del år, før en teknologi som denne bliver rullet ud, og der er mange skridt at tage, indtil vi ser det tilgængeligt for patienterne, " sagde Fox. "Men det, vi har gjort, er taget det første afgørende skridt i en lang og potentielt utrolig rejse."

Ph.d.-forsker Aaqil Rifai, der arbejder på den nye teknologi med Fox, nævnte diamant er så effektiv, fordi kulstof er en vigtig bestanddel af den menneskelige krop.

"Carbon har et utroligt niveau af biokompatibilitet, " sagde Rifai. "Vores krop accepterer let og trives med diamant som en platform for kompleks materialegrænseflade."

Ud over ortopædi, diamant er også blevet brugt til at belægge kardiovaskulære stents - rør, der hjælper med at holde hjertets arterier åbne - og på led, samt i bionik og proteser.

For nu, forskerne koncentrerer sig om, hvordan teknologien kan bruges til ortopædi.

"3D-print er en banebrydende revolution i den moderne æra. Med 3D-print kan vi designe patientspecifikke implantater af medicinsk kvalitet. Teknologien er hurtig, nøjagtig, pålidelig og sparer arbejdstid, " sagde Rifai.

"Skalerbarheden af ​​3D-print vokser hurtigt, så vi kan forvente at se diamantbelægninger blive almindelige i ortopædi engang i den nærmeste fremtid."

Gennembruddet er blevet rapporteret i ACS anvendte materialer og grænseflader og involverede forskere fra en række discipliner ved RMIT og andre australske universiteter.