扫描电子显微照片显示钛表面银掺杂多孔微弧氧化层。图片来源：弗劳恩霍夫IFAM
植入手术后感染并发症并不罕见，尤其在污染严重的伤口中风险更高，这类伤口在乌克兰等战区尤为常见，许多骨伤需要治疗。德国不来梅弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所（IFAM）的研究人员开发出一种新型功能化表面，可加载抗生素。
鉴于乌克兰医疗系统面临大量难以愈合骨折的沉重负担，弗劳恩霍夫IFAM于2023年决定提供帮助。除当前局势外，个人因素也起了决定性作用。
“我们有两名员工来自利沃夫，从项目伊始就参与其中。他们与乌克兰UNBROKEN国家康复中心取得联系，目前我们正与该中心紧密合作，以更好地了解当地需求并有针对性地进一步开发技术，”弗劳恩霍夫IFAM医疗技术与生命科学部门负责人凯·博彻丁（Kai Borcherding）表示。
特殊工艺在植入物表面创建孔隙
研究人员使用微弧氧化（MAO）技术在钛植入物上制造新型表面。金属部件浸入导电液体——含银盐的电解液中，并施加高达300伏电压。几分钟内，高能等离子体放电在材料上形成银掺杂氧化层，通过靶向电压应用创建孔隙并掺入银纳米颗粒。这些储层可像海绵一样吸收抗生素或其他活性物质。
局部抗生素给药与银降低感染风险
研究人员通过选择电解液和工艺参数控制孔隙大小和结构，这对加载容量和抗生素释放时长至关重要。
“微弧氧化层完成后，金属部件浸入高浓度抗生素溶液。毛细作用力确保孔隙均匀填充至定义容量，药物随后通过扩散在体内释放。在开发表面并与项目合作伙伴达成一致后，我们测试了所需时段内的抗生素释放特性。为此，我们在研究所进行了体外测试，”弗劳恩霍夫IFAM聚合物化学与材料行为部门联合负责人琳达·盖特延（Linda Gätjen）表示。实验室测试中，研究人员还证实银颗粒能增强抗生素效果。
配备微弧氧化工艺制造多孔表面的下颌骨接合植入物。图片来源：弗劳恩霍夫IFAM
简单快速的涂层工艺
此类表面处理在植入物领域完全创新：“目前市场上没有类似产品。总体而言，依赖抗生素涂层的医疗器械解决方案寥寥无几，即使有，生产工艺也复杂得多，”博彻丁表示。
该方法即使在困难条件下也设置简单，是主要优势：微弧氧化涂层工艺本质上仅需电源和浸浴冷却装置。这使得工艺极其简单且成本低廉，一旦技术进一步成熟，甚至可用于危机地区。此外，微弧氧化表面表现出优异的生物相容性，支持植入物快速整合。
为乌克兰及更广范围推进技术
新涂层的实际表现将在乌克兰进行测试。下一步包括技术的临床前开发和临床试验，可能在利沃夫UNBROKEN国家康复中心进行。该中心是乌克兰为战争致残人员提供医院护理的最大机构。
自战争开始以来，该中心已实施超过10,000台手术。中心急需安全植入物，因此UNBROKEN计划长期确保生产能力。不过，目前团队仍在乌克兰和欧洲寻找合作伙伴以推进项目并在当地生产原型。
该方法在德国也引起关注。作为弗劳恩霍夫IFAM的技术合作伙伴，KLS Martin公司已提供样品植入物，不来梅研究人员正在处理——这是迈向应用的第一步。
KLS Martin公司植入物研究部门负责人托比亚斯·沃尔夫拉姆（Tobias Wolfram）解释道：“除了项目的高伦理价值外，我们还认为微弧氧化方法在医疗器械工程领域具有巨大潜力，超越骨植入物范畴。因此，我们很乐意以专业知识和材料支持该团队。”
弗劳恩霍夫IFAM将于2025年11月17日至20日在杜塞尔多夫举行的MEDICA国际医疗展上展示预防感染的钛植入物人体头骨模型。
由弗劳恩霍夫协会提供
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