Ingeniørteamet udvikler proces for at gøre implantater sikrere

Et tværfagligt team af forskere ved University of Alabama i Birmingham har udviklet en ny plasma-aktiveret proces, der kan begrænse spredningen af ​​toksiner fra implantater til en patients blodbane. Holdet, ledet af Vinoy Thomas, Ph.D., lektor ved UAB School of Engineering's Department of Mechanical and Materials Engineering, har for nylig offentliggjort resultater i ACS Applied Materials &Interfaces tidsskrift.

I artiklen forklarer forfatterne, at en stor udfordring ved at udvikle nanopartikelmodificeret biomedicinsk implantatmateriale er at fastgøre metalliske nanopartikler stabilt på forskellige overflader - især polymeroverflader.

"I årevis har forskere opnået syntese af metalliske nanopartikler i vandige opløsninger ved hjælp af både kemiske og biologiske (planteekstrakter) reduktionsmidler," sagde Thomas. "Udfordringen med at vedhæfte metalliske nanopartikler er især vanskelig i sager, der involverer hydrofobe polymere biomaterialer, som de fleste polymere biomaterialer falder ind under."

For at løse denne udfordring udviklede Thomas og hans team en plasma-aktiveret proces kaldet plasma strømløs reduktion. PER-processen gør det muligt for forskere at deponere guld- og sølvnanostrukturer på forskellige 2D- og 3D-polymermaterialeoverflader, såsom cellulosepapir, polypropylenbaserede ansigtsmasker og 3D-printede polymerstilladser.

"Det er velkendt, at der er toksicitetsproblemer som følge af den hurtige og for tidlige frigivelse af de metalliske nanostrukturer fra implantatmaterialet til blodbanen," sagde Thomas. "Dette problem kunne kun løses ved at sikre den stabile forankring af de metalliske nanostrukturer på implantatoverflader. Dette har inspireret os til at optimere vores PER-proces ved at udføre systematisk og dybdegående undersøgelse af koncentrationen af ​​den metalliske precursor efterfulgt af sonication vask før cellekultur in vitro."

I Thomas' undersøgelse var hans team med succes i stand til at forankre sølvnanopartikler på overfladen af ​​3D-printede polymerer uden nogen hurtig frigivelse til omgivelserne. Teamets ekspertise inden for additiv fremstilling gjorde det også muligt for dem at designe mindre 3D-stilladswafere, der passer ind i brønden på en 96-brønds plade.

"Vi forventer, at design af et så konsekvent mindre 3D-stilladsdesign vil sikre storskala og mere pålidelig in vitro-test af 3D-stilladser," sagde Thomas. "Denne systematiske optimering af at lave ensartede metal nanostrukturer på 3D-stilladser med cytokompatibilitet og potentielle antibakterielle egenskaber vil være yderst relevant og kan potentielt have en indflydelse på den fremtidige udvikling af biokompatible stilladser, især for osteomyelitis sygdom."

Det tog to år for teamet at udvikle PER-processen, men processen er blot et af flere aspekter, Thomas studerer med hensyn til plasma.

"Plasma, den fjerde tilstand af stof, er en delvist ioniseret gas, der repræsenterer en af ​​de grønnere metoder til at syntetisere metalliske nanopartikler i en flydende fase," sagde han. "Det har en enorm kapacitet inden for materialebehandling og til at dekontaminere overflader for at forhindre spredning af COVID-19 og andre smitsomme sygdomme." + Udforsk yderligere

Udvikling af trykt elektronik med ultrahøj opløsning ved brug af dobbelt overfladearkitektonik