城大研發新技術 提升人體植入物抗菌功效

胡幗欣

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將骨科及牙科人造部件植入人體,手術後常發生細菌感染而影響療效。香港城市大學(城大)物理及材料科學系朱劍豪講座教授運用等離子技術,為通常用於移植的鈦金屬部件注入具有抗菌功效的銀離子,對大腸桿菌、金黃葡萄球菌,以及引致牙周病的兩種細菌非常有效,而銀離子卻不會大量釋放出來損及人體健康。
 
鈦金屬能抗腐蝕,不易被人體排斥,常用於製作矯形義肢、人工牙齒、置換關節等部件,但植入體內後容易受細菌感染。銀金屬具有抗菌功效,依據現有技術可製成超薄塗層鍍於鈦部件表面以殺滅細菌。但植入人體的銀塗層會迅速釋放而減弱長期抗菌功效,況且銀本身有毒性,釋放太多對人體有害。
 
朱教授及其研究團隊利用納米技術,在鈦表面製造極微細的鈦納米管,以幫助細胞生長,然後把銀金屬變為離子體注入鈦納米管,既無損鈦納米管的特性和物理化學性質,還可增加殺菌功能。
 
接受人造部件移植的病人,手術後常受到大腸桿菌及金黃葡萄球菌的感染。為此研究人員培植了這兩種細菌,用以測試含有銀離子的鈦納米管的抗菌功效。朱教授的實驗室研究結果顯示,注入銀離子的鈦納米管在最初七天幾乎可以殺死全部大腸桿菌,28天後的殺菌率亦高達99%。金黃葡萄球菌的實驗也有類似結果。
 
他們又培植了兩種引致牙周病的細菌,即牙齦卟啉單胞菌和伴放線放線桿菌,用以測試銀離子的抗菌功效。結果顯示,在注入銀離子體的鈦納米管上培養的牙齦卟啉單胞菌、伴放線放線桿菌,一天後幾乎全部死亡;未經等離子技術處理的鈦納米管上,則有大量細菌生存。七天後的對比結果亦與此相若,表明注入銀離子體的鈦納米管具有持久的抗菌功效。
 
細胞實驗亦顯示,注入銀離子體的鈦納米管能與人體細胞相容,不但沒有令細胞死亡,反而能提升細胞的功能。
 
朱教授說:「口腔內有很多細菌,植牙部件物料的抗菌功效十分重要。」據文獻記載,移植手術後六小時內,植入物表面最容易沾染細菌,故植入物的抗菌功效必須在移植後第一天即發揮出來。
 
在銀離子釋放方面,等離子技術可控制注入鈦納米管的銀離子濃度及能量,以及銀離子注入鈦納米管的深度,注入得愈深,離子釋放的速度便愈低,抗菌功效亦愈持久。利用這一新等離子技術,注入銀離子的鈦納米管會長時間釋放少量銀離子殺菌,但對人體十分安全。
 
朱教授運用等離子技術研發的鈦合金已廣泛用於製造人工關節、人工骨骼、人工牙齒等部件而植入人體。若通過臨床測試,銀離子注入技術可應用於此類植入物,實際用於治病救人。
 
朱教授研究成果豐碩,是等離子科學及物料工程界的著名科學家,發表過一千多篇論文,在等離子體和材料科學領域享有國際聲譽,獲學術期刊檢索資料庫Thomson Reuters Web of Science評為材料學領域全球100名之內、香港排名第一的研究者。
 
朱教授屢獲獎項及表彰,包括上海自然科學一等獎、國際電機暨電子工程師學會頒發的最高成就獎「核子與等離子科學學會傑出貢獻獎」、香港工業獎──科技成就優異獎等。他是美國材料研究學會、美國物理學學會、美國真空學會、國際電機暨電子工程師學會、香港工程師學會等多個學術組織的院士。
 

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