香港城大研发新技术,提升人体植入物抗菌功效

将骨科及牙科人造部件植入人体,手术后常发生细菌感染而影响疗效。香港城市大学(城大)物理及材料科学系朱剑豪讲座教授运用等离子技术,为通常用于移植的钛金属部件注入具有抗菌功效的银离子,对大肠杆菌、金黄葡萄球菌,以及引致牙周病的两种细菌非常有效,而银离子却不会大量释放出来损及人体健康。

钛金属能抗腐蚀,不易被人体排斥,常用于制作矫形义肢、人工牙齿、置换关节等部件,但植入体内后容易受细菌感染。银金属具有抗菌功效,依据现有技术可制成超薄涂层镀于钛部件表面以杀灭细菌。但植入人体的银涂层会迅速释放而减弱长期抗菌功效,况且银本身有毒性,释放太多对人体有害。
 
朱教授及其研究团队利用纳米技术,在钛表面制造极微细的钛纳米管,以帮助细胞生长,然后把银金属变为离子体注入钛纳米管,既无损钛纳米管的特性和物理化学性质,还可增加杀菌功能。
 
接受人造部件移植的病人,手术后常受到大肠杆菌及金黄葡萄球菌的感染。为此研究人员培植了这两种细菌,用以测试含有银离子的钛纳米管的抗菌功效。朱教授的实验室研究结果显示,注入银离子的钛纳米管在最初七天几乎可以杀死全部大肠杆菌,28天后的杀菌率亦高达99%。金黄葡萄球菌的实验也有类似结果。
 
他们又培植了两种引致牙周病的细菌,即牙龈卟啉单胞菌和伴放线放线杆菌,用以测试银离子的抗菌功效。结果显示,在注入银离子体的钛纳米管上培养的牙龈卟啉单胞菌、伴放线放线杆菌,一天后几乎全部死亡;未经等离子技术处理的钛纳米管上,则有大量细菌生存。七天后的对比结果亦与此相若,表明注入银离子体的钛纳米管具有持久的抗菌功效。
 
细胞实验亦显示,注入银离子体的钛纳米管能与人体细胞相容,不但没有令细胞死亡,反而能提升细胞的功能。

朱教授说:“口腔内有很多细菌,植牙部件物料的抗菌功效十分重要”。据文献记载,移植手术后六小时内,植入物表面最容易沾染细菌,故植入物的抗菌功效必须在移植后第一天即发挥出来。
 
在银离子释放方面,等离子技术可控制注入钛纳米管的银离子浓度及能量,以及银离子注入钛纳米管的深度,注入得愈深,离子释放的速度便愈低,抗菌功效亦愈持久。利用这一新等离子技术,注入银离子的钛纳米管会长时间释放少量银离子杀菌,但对人体十分安全。
 
朱教授运用等离子技术研发的钛合金已广泛用于制造人工关节、人工骨骼、人工牙齿等部件而植入人体。若通过临床测试,银离子注入技术可应用于此类植入物,实际用于治病救人。
 
朱教授研究成果丰硕,是等离子科学及物料工程界的著名科学家,发表过一千多篇论文,在等离子体和材料科学领域享有国际声誉,获学术期刊检索资料库Thomson Reuters Web of Science评为材料学领域全球100名之内、香港排名第一的研究者。
 
朱教授屡获奖项及表彰,包括上海自然科学一等奖、国际电机暨电子工程师学会颁发的最高成就奖“核子与等离子科学学会杰出贡献奖”、香港工业奖──科技成就优异奖等。他是美国材料研究学会、美国物理学学会、美国真空学会、国际电机暨电子工程师学会、香港工程师学会等多个学术组织的院士。

来源:香港城市大学

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