论文标题：Plasma Surface Modification of Biomedical Implants and Devices: Emphasis on Orthopedic, Dental, and Cardiovascular Applications

论文链接：https://doi.org/10.3390/prosthesis7060143

期刊名：Prosthesis

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/prosthesis

一、引言

植入物治疗的价值，从来不只取决于材料本身够不够硬。早期钛、不锈钢、钴铬合金以及后来的聚四氟乙烯、PEEK 等聚合物，解决了强度、耐腐蚀和基本结构替代问题，但临床很快发现：机械稳定并不等于长期成功。骨整合不足、软组织包裹纤维化、种植体周围感染、心血管支架再狭窄与血栓、金属离子释放与腐蚀等问题，往往首先发生在“材料表面—组织”这一界面，而不是材料内部。

正因如此，表面工程逐渐成为植入物研究的核心环节。相比改变本体成分，表面改性可以在不破坏载荷能力的前提下，单独调控最外层几纳米到数微米的化学与形貌特征。近年来，等离子体表面改性因绿色、低温、可控、适用材料广，被视为最具转化潜力的界面技术之一。发表于Prosthesis的这篇综述系统总结了该技术在骨科、牙科和心血管植入物中的研究进展，并为材料—表面—临床三者协同提供了框架。

二、研究背景

从20世纪中叶至今，生物材料经历了从“替代”到“再生”、从“惰性”到“生物活性”的转向。早期植入物以机械支撑为主；随着临床经验积累，炎症、纤维包膜、细菌感染、排异和长期稳定性不足逐步成为瓶颈。不同专科对表面的要求差异明显：

• 骨科/牙科：希望表面促进成骨细胞黏附、增殖与分化，加快骨整合，同时降低感染风险；

• 心血管：希望支架、人工血管或瓣膜表面兼顾抗血栓、促进内皮化、抑制平滑肌增生；

• 通用诉求：抗菌、抗腐蚀、适宜润湿性、可控蛋白吸附，以及长期在体液环境中的稳定性。

传统处理如喷砂、酸蚀、涂层沉积可部分改善上述指标，但往往存在化学试剂残留、批间差异大、复杂形状处理不均等限制。等离子体技术则通过气相活性粒子作用，在金属、聚合物、陶瓷及复合材料表面引入官能团、改变粗糙度、提升表面能，并可结合生物分子接枝实现“多功能化”。

三、技术路径

本综述系统梳理了等离子体工艺对四类表面属性的调控：

1. 表面化学：通过氧、氮、氨、丙烯酸等前驱体等离子体处理或沉积，引入—OH、—COOH、—NH₂等活性基团，影响蛋白吸附顺序与密度；

2. 表面形貌：刻蚀、沉积、氧化或纳米结构化可构建微纳二级结构，模拟骨或细胞外基质拓扑信号；

3. 表面能与润湿性：将疏水聚合物转为亲水界面，改善细胞铺展、血液接触性能和涂层结合力；

4. 功能复合：等离子体辅助接枝骨形态发生蛋白、胶原、抗菌肽，或结合银、锌、二氧化钛纳米管、羟磷灰石等，形成抗菌—成骨—抗炎多重功能。

针对金属（钛、不锈钢等）、聚合物（PTFE、PEEK等）和复合材料，本综述分别讨论了工艺选择对成骨、软组织整合、血液相容性和腐蚀行为的影响。例如钛种植体经等离子体清洗、氧化或活性分子接枝可提高表面能并促进骨结合；PEEK因本征疏水和生物惰性，常需等离子体活化或接枝聚合以提升成骨表现；PTFE等血管材料可通过等离子体沉积或接枝改善内皮细胞黏附并降低血栓风险。

四、专科应用要点

• 骨科植入物：等离子体改性能改善钛及合金、PEEK等材料的亲水性、微纳粗糙度和蛋白/细胞响应，促进成骨整合；结合抗菌涂层可降低术后感染与翻修风险。

• 牙科种植体：重点解决钛表面污染层去除、表面能恢复、微粗糙构建及生物活性分子固定，有利于早期骨结合与种植体周软组织封闭。

• 心血管器件：支架、人工血管、心瓣相关材料通过等离子体修饰可获得更优血液相容性，方向包括抗血小板黏附、促进内皮化、抑制生物膜及局部药物释放。

本综述还提到，相关策略可外溢到聚合物支架、MEMS和其他生物医学平台，说明等离子体不是单一工艺，而是可按材料—病种—力学环境定制的界面平台。

五、前沿方向与局限

等离子体表面改性值得关注的两个方向：一是大气压冷等离子体，可常温常压处理，利于椅旁、术中或连续化生产；二是等离子体+增材制造，在3D打印复杂植入物完成后进行表面功能化，把“形状定制”和“生物界面定制”打通。

本综述也明确给出转化边界：真空等离子体精度高但多适于小批量、实验室或特定几何；大气压等离子体更灵活，对不规则表面仍可能不均匀；不同基体、功率、气体、时间、压强参数敏感，导致批间重复性挑战。监管层面缺乏统一工艺标准、验证协议和长期临床数据集，会使FDA、ISO相关申报与产业化放大受限。多数研究仍停留在临床前，牙科、骨科与心血管领域的大样本长期随访不足。

六、展望与结论

等离子体表面改性通过精准调控化学、形貌与功能，能够同时服务骨整合、软组织整合、抗菌、抗腐蚀和局部给药等多重目标；在骨科、牙科和心血管植入物中，它能在不改动本体力学性能的前提下显著提升生物相容性与长期功能。未来若把工艺参数标准化、把在体长期数据补齐，并与冷等离子体、卷对卷处理、椅旁系统及3D打印产线结合，该技术有望从“实验室表面处理”转为“植入物标准化工序”。

Pillai, R.R.; Mohan, L. Plasma Surface Modification of Biomedical Implants and Devices: Emphasis on Orthopedic, Dental, and Cardiovascular Applications. Prosthesis 2025, 7, 143.

期刊介绍

主编：Marco Cicciu; Department of Biomedical and Surgical and Biomedical Sciences, Catania University, 95123 Catania, Italy.

Prosthesis（ISSN 2673-1592）期刊致力于为假肢学领域提供一个高水平的学术交流平台，其核心宗旨是采用跨学科研究方法，汇聚医学、物理学、数学、工程学与材料科学的相关成果，服务于全球假肢学领域的科研与临床社群。

期刊鼓励科学家发表详尽的实验与理论研究，对论文长度不作限制，但要求提供完整的实验细节以确保结果的可复现性。收录范围涵盖肢体假体、关节假体、口腔修复、生物心脏瓣膜、修复体设计与生物力学、修复材料、定制化制造（如CAD/CAM/3D打印）以及相关医疗器械与监管等方向。

2025 Impact Factor：2.9

2025 CiteScore：4.8

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