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氙气改善了颌面部和整形外科植入物的性能

托木斯克工业大学(TPU)的科学家与西伯利亚国立医科大学(SSMU)和伊曼纽尔·康德·波罗的海联邦大学(IKBFU)的同事共同研究了在各种惰性气体环境下沉积在钛植入物上的磷酸钙涂层的性能。研究人员设法发现氙的使用会对口腔和颌面外科,整形外科和创伤学中使用的涂层的物理化学,机械和生物学特性产生积极影响。此外,之前尚未进行与工作气体在表面上的影响有关的全面研究。研究结果发表在《生物医学材料》上。

“我们的研究团队从事生物医学材料的研究。但是,工程大学的情况并不意味着有内部医学研究人员。这就是为什么我们与SSMU和IKBFU的研究人员合作以获取所有必需的能力。这种合作不仅允许不仅可以通过学术文章的形式获得结果,还可以解决医学界的现实问题,毕竟,在没有医学专家的情况下实际应用我们的技术解决方案是根本不可能的。

从长远来看,我们的合作具有挑战性的目标-使托木斯克成为新医疗材料和技术的开发和应用中心。作为工程师,我们可以提出新的技术思想和材料,而作为医学研究人员,他们可以将这些思想应用于医学实践。

技术大学和医学大学的这种结合将帮助我们提高患者的治疗质量并减少治疗时间,”等离子混合系统TPU实验室负责人Sergei Tverdokhlebov说道。

通过在工作气体中溅射沉积羟基磷灰石靶,在钛基体上沉积高达1μm厚的磷酸钙涂层。通常,惰性气体氩用于这些目的。但是,TPU科学家不仅研究了氩气的作用,还尝试了氖,k和氙在涂层上的作用。然后,科学家研究了所得生物医学材料的物理化学,机械和生物学特性。TPU研究人员从事涂料配方,形态,机械性能(包括附着力和化学成分)的研究,而SSMU和IKBFU的工作人员进行了细胞研究。

“不仅在我们的大学对磷酸钙涂料进行了研究,而且对其性能进行了深入研究,科学家们也在努力进行改进。我们的联合研究工作旨在在这个方向上获得新的成果,并研究不同惰性气体对涂料的影响。在在我们的研究工作中,我们发现,取决于特定的气体,涂层的形态,钙磷比和机械性能会有所不同变化。例如,使用氙气形成的涂层表现出更好的附着力,这种性能可防止涂层从表面太快地剥离。使用蜂窝技术获得的结果使我们感到惊讶,因为在这种情况下,氙气也被证明是最好的。”文章作者之一,TPU温伯格研究中心研究员Anna Kozelskaya说。

从供体脂肪组织分离的间充质干细胞用于细胞研究。这些细胞可以转化为各种类型的细胞,包括脂肪,骨骼,软骨,可能是肌肉和神经细胞。细胞研究包括测试细胞活力,体外细胞培养和基因表达。在这项研究工作中,有必要确定涂层刺激间充质干细胞向骨组织细胞的转化。

“结果非常有趣。惰性气体被认为是具有相似性质的相当惰性的物质。尽管如此,它们对形成的磷酸钙涂层的物理化学性质有不同的影响。反过来,它会从其基因开始引起不同的细胞反应。活化最终导致干细胞转变为成骨细胞。

氙,在医学上被称为麻醉气体,显示出最有利的细胞反应。如果结果通过动物测试和临床试验得到证实,我们可以谈论该技术的实施,以生产用于骨组织生物工程的扩展植入物面板,” SSMU形态学和一般病理学教授Igor Khlusov补充说。

同时,科学家们承认氙气是一种相当昂贵的惰性气体。但是,使用它形成的涂层可以与具有晶体结构的较厚的磷酸钙涂层结合使用。它将减少气体费用,并获得具有改进性能的涂层。事实是,用氙气形成的涂层获得了完全无定形的结构。它有助于在植入植入物后的最初几周内刺激骨骼形成。负责骨骼组织形成的钙和磷从该涂层中释放得很好。因此,这样的薄涂层分解非常快,露出植入物。

“我们建议在具有晶体结构的磷酸钙涂层上使用这种涂层。因此,我们可以获得另一个积极的效果:非晶态层会在最初的两到四周内分解,从而提供最大的钙和磷酸盐释放量。然后,较低的层将提供更长的元素释放时间,这将有助于延长工艺过程。这种涂层的结合将是我们研究工作的下一阶段。” Anna Kozelskaya解释说。

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