Antibacterial modification of the marginal layer by silver-integrated ED-Machining of TiAl6V4-implant material – AbakSi

通过 TiAl6V4 植入材料的银集成 ED 加工对边缘层进行抗菌改性 – AbakSi

基本信息

项目摘要

The increased demand for joint implants has led to an increased incidence of periprosthetic joint infections, which are frequently caused by bacteria of the Staphylococcus spp. family. The currently used antibiotic therapy is mainly effective in the immediate phase after implantation. In order to long-term prevent bacterial infections, solutions for a long-lasting antibacterial effect need to be established. The employment of silver on the implant surface is a possible solution.In this project, it will be investigated how silver can be deposited into the marginal layer of the implant during the machining process by electrical discharge machining (EDM) with silver nanoparticles mixed in the dielectric (Powder-mixed EDM - PMEDM). A continuous and relatively thin alloy layer (≈ 2.5 µm), which is enriched with silver among others, has been generated in preliminary investigations and evaluated with regards to its antibacterial effect. A significant reduction of the Staphylococcus aureus bacterial numbers and clusters has been achieved at a 3.78% silver content, while a significant increase of osteoblasts in the range from 0% to 4.84% silver content has been observed. However, the homogeneity of silver deposition in the modified layer poses a major challenge facing PMEDM for implant applications. In addition, the efficiency of the antibacterial-biocompatible properties of the modified surfaces must be evaluated over a longer period of time.Therefore, the overall objectives of the project are to master the PMEDM process for the targeted generation of the defined modified layer and to gain a deeper understanding of the antibacterial-biocompatible effect of Ti-6Al-4V implant surfaces enriched with silver. The central approach of the research is the uniform distribution of silver nano-particles in PMEDM machining gap by applying an optimal flushing strategy with the support of multi-physics simulations and ultrasonic vibration. Furthermore, the long-term properties of the modified surface generated by PMEDM will be evaluated with regards to antibacterial effects and biocompatibility.
对关节植入物的需求增加导致假体周围关节感染的发生率增加,这种感染通常是由葡萄球菌引起的。一家人。目前使用的抗生素治疗主要在植入后即刻有效。为了长期预防细菌感染,需要建立持久的抗菌效果的解决方案。将银应用于种植体表面是一种可能的解决方案。在本项目中,将研究如何在加工过程中通过在介质中掺入银纳米颗粒的电火花加工(混粉电火花加工-PMEDM)将银沉积到种植体的边缘层。在初步调查中产生了一层连续的、相对较薄的合金层(≈2.5微米),其中富含银,并对其抗菌效果进行了评估。当银含量为3.78%时,金黄色葡萄球菌的细菌数量和菌群显著减少,而成骨细胞在0%到4.84%的银含量范围内显著增加。然而,修饰层中银沉积的均质性给PMEDM在植入体应用中带来了重大挑战。此外,必须在更长的时间内评估改性表面的抗菌-生物兼容性能的效率。因此,本项目的总体目标是掌握PMEDM工艺,以定向产生定义的改性层,并更深入地了解富含银的Ti-6Al-4V植入体表面的抗菌-生物兼容效果。研究的中心方法是在多物理模拟和超声振动的支持下,采用优化的冲洗策略,使纳米银颗粒在PMEDM加工间隙中均匀分布。此外,将从抗菌效果和生物兼容性方面评估由PMEDM产生的改性表面的长期性能。

项目成果

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