电镀技术应用于矫形外科医疗植入物

据预计,截止2022年,医疗植入物的市场规模将增长至1160亿美元。市场上增长最快的领域之一是矫形外科植入物,其基本原理是向体内植入医疗器械,用于替换或支撑受损的骨骼或关节。由于该领域不断涌现新发明,以及人口出现老龄化现象,因此对此类植入物的需求日益增长。通常会对这些器械进行镀层涂覆处理,以帮助其更好地发挥作用。

出于强度、消毒、抗菌和耐腐蚀等多种原因,通常会对体内用器械进行镀层涂覆处理。采用金属制的矫形外科植入物替代臀部和膝盖的原因在于其具有优异的强度和耐用性。但经过手术后,某些金属会引起过敏反应,还会被身体排斥。为了降低此类症状的发生概率,可在植入物上涂覆生物相容性金属(如金或钛)。

 

适于骨骼生长的独特表面

目前正开展的研究旨在探讨表面镀层的不同类型和结构如何提高人工骨骼或人工关节的性能。提高医用植入物的性能后,其更加耐用,更容易被身体接受,并促进快速愈合。成功植入人工骨骼的一项关键过程是骨整合。即活体组织与人工植入物相连的位置。骨骼的实际连接和整合速度越快,则恢复速度越快,关节越强壮。

研究发现,粗糙多孔的钛表面可以促进骨整合,有助于术后康复。

用于形成粗糙多孔钛镀层的涂覆方法是钛等离子喷涂(TPS)镀层,它是一种物理气相沉积(PVD)。该过程所需的专业度极高,但基本原理是将钛粉末沉积到等离子体射流中。等离子体的超高温度可以熔化钛,并将其引流至基底处。钛在接触基底的冷表面之后,将快速凝固。为获得正确的表面轮廓,需要设置特定的过程参数,例如:基底转速、能量输入和基底温度等。目前正针对各种植入材料对该过程进行研究。

用于医疗器械镀层的其他技术

除上述过程外,还存在其他类深受医疗器械植入领域欢迎的PVD过程。这些过程至今已用于髋关节、膝关节和肩部植入物多年,类似于更为专业的TPS,其同样可以提供非常薄的纯镀层。通常在真空条件下进行PVD过程,采用电子枪发射的电子流蒸发金属。随后,蒸发的金属沉积在基底上。期间通过电压、功率和基底旋转速率等参数,小心控制诸如厚度等表面特性。

采用XRF控制镀层厚度

医用植入物所使用的钛基镀层极薄,且零部件的形状十分复杂。因此,测量这些零部件的最佳方法是采用XRF光谱仪。它能进行快速、无损分析,只要使用正确的探测器类型,便能精确测量所需的厚度。可使用硅漂移探测器(SDD)测量极薄镀层,由此可以获得更好的分辨率,同时有助于确保您的镀层符合该领域市场所设定的严苛规范要求。

PVD和TPS与电镀之间的巨大差异在于,前两者均属于专业度很高的技术。但所有迹象表明,未来几年,钛镀层医用植入物市场可能出现大幅增长,因此值得认真考虑这项新技术。


如果您需要有关如何使用XRF进行快速准确的质量控制的建议,请联系我们。您可在此处找到有关我们分析仪系列产品的特定信息。

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日期: 13 February 2019

作者: Hitachi High-Tech Analytical Science

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