起皱的涂层可以防止医疗植入物失效

如果用密歇根大学研究人员设计的显微镜下起皱的陶瓷材料进行涂层，医疗植入物失败的几率会降低。在ACS应用材料与界面杂志上发表的一篇论文中描述了这种涂层

这种材料非常微小的褶皱非常适合年轻的骨细胞和免疫细胞抓住。通过更牢固地抓住涂层，人类细胞可以牢固地粘附在植入物上并沿其表面延伸。拉伸的骨细胞发育更快，拉伸的免疫细胞往往有助于愈合组织和减少炎症，而不是作为外来入侵者攻击植入物，因此研究人员认为他们的涂层可以使医疗植入物更成功

化学工程助理教授、该研究的通讯作者Jouha Min说：“当医疗植入物与身体不能很好地融合时，它们就会失败，要么是因为免疫细胞试图排斥植入物，要么是植入物周围的组织愈合不足。”

当医疗植入物周围的组织不能正常愈合时，植入物可能会松动并失去一些功能，这通常需要进行矫正手术。根据美国骨科医师学会2023年的报告，这种被称为无菌性松动的问题约占所有髋关节翻修手术的20%，占所有膝关节翻修术的25%。炎症问题占髋关节翻修的22%，约占膝关节翻修的33%

在2012年至2022年间进行的310万次髋关节和膝关节置换中，近23.6万次需要进行矫正手术。随着每年髋关节和膝关节置换手术数量的增加，许多人将受益于与身体更好结合的植入物

根据这项新的研究，褶皱涂层有助于成功植入，但前提是涂层中凹槽的大小可以精确控制。当涂层中的凹槽约为2微米宽时，人类细胞开始拉伸并形成手指状附属物附着在凹槽上，这些凹槽比骨细胞小10倍以上

当细胞在周围环境中摸索时，它们也会打开基因开关，刺激发育成成熟的骨细胞或免疫细胞，从而减少炎症。当涂层凹槽的宽度小于一微米时，细胞不会拉伸。因此，骨细胞发育更慢，免疫细胞被触发对抗异物并引起炎症

该研究的第一作者、化学工程博士生Mohammad Asadi Tokmedash说：“通过从纳米到微米，我们可以引导组织细胞成功植入。”

研究人员的新涂层制造方法使他们能够控制凹槽的尺寸。他们首先将陶瓷材料逐层添加到聚苯乙烯片上

一旦陶瓷足够厚，研究人员就会加热聚苯乙烯片，使其收缩。附着的陶瓷与聚苯乙烯一起收缩，但也会开裂和变形，因为它的柔性不如聚苯乙烯。由此产生的裂纹和弯曲变成了细胞锁住的凹槽，凹槽的大小由加热聚苯乙烯片之前添加在聚苯乙烯片顶部的陶瓷层的厚度控制

涂层中省略较小的纳米级凹槽有一个缺点&mdash；它们通过形成粗糙、尖刺的表面来破坏细菌细胞膜，从而更好地防止致病菌附着在上面。更大的微米级凹槽可能是人类细胞附着的理想选择，但它们也为细菌隐藏在涂层中和在涂层上生长提供了大量空间

由于感染是植入失败的另一个主要原因，该团队目前正在研究一种方法，使其涂层能够杀死细菌，同时为人体细胞提供安全的附着把手。未来的实验将检验他们的想法。这些涂层在密歇根材料表征中心进行了研究