長期以來，醫療器械行業(ye) 一直在尋求可提高鈦、聚醚醚酮（PEEK）和聚合物人工植入物表麵細胞生長和增殖的表麵改性解決(jue) 方案。在某些情況下使用了等離子噴塗技術。然而，業(ye) 界普遍擔心的是，塗層中的小顆粒可能會(hui) 釋放到周圍組織中。另一種替代方法是射頻（RF）等離子體(ti) 技術，但該工藝會(hui) 產(chan) 生大量熱量，在加工聚合物植入物時缺點明顯。

幸而，有一種稱為(wei) 電子增強材料加工（EEMP）的新型等離子體(ti) 蝕刻工藝可以提供獨特的低溫方法，其已證明可提高金屬和合金的性能，並可改善聚合物植入物的骨整合。EEMP工藝中，精確控製的電子（非離子）波在特定電壓下向著材料表麵加速，導致發生釋放表麵原子鍵的化學反應，使樣本表麵的材料被逐漸去除。

EEMP工藝可用於(yu) 手術級不鏽鋼、鈦、鈦合金和鈷鉻表麵。該工藝可用於(yu) 表麵的輕微改性，經調整後適用於(yu) 聚合物表麵。這種專(zhuan) 有工藝將“經調整的”電子能量傳(chuan) 遞給待改性表麵的鍵，因而有可能會(hui) 實現這種水平的整合。

這種新型表麵改性工藝采用特殊形式的電子驅動等離子體(ti) 處理，已證明可提高金屬和合金的性能，並可改善聚合物植入物的骨整合。（來源：PVA TePla）

目前，用於(yu) 製造人工植入物的材料包括手術級不鏽鋼、鈦、鈦合金和鈷鉻。通常，植入物會(hui) 根據體(ti) 位和運動而承受可變的高載荷，而這些材料正好可以滿足特定的強度要求。同時，這些金屬還被證明具有較高的金屬相容性和防腐性。

但是，金屬和合金也有包括可能幹擾MRI和CT掃描等診斷成像在內(nei) 的缺點。應力遮擋是業(ye) 界擔心的另一個(ge) 問題，骨密度降低會(hui) 導致骨骼正常應力遷移到植入體(ti) 上。導致這一問題的部分原因在於(yu) 金屬的彈性模量高於(yu) 骨骼，從(cong) 而影響負荷分布和骨吸收。借助這項突破性的技術，可以選擇性地使用電子來處理材料表麵。

這些問題激發了對替代解決(jue) 方案的研究，即具有骨骼相似彈性模量的可吸收和不可吸收聚合物植入物。骨科中最常使用的聚合物為(wei) 超高分子量聚乙烯（UHMWP）或高密度聚乙烯（HDP）。聚合物的選項日益增多，其中之一是有機聚合物熱塑性塑料PEEK，其已被用於(yu) 生產(chan) 價(jia) 值10億(yi) 美元脊柱融合術市場的融合器。但是，這種方法也存在缺陷。通常，聚合物對骨整合的支撐效果欠佳，骨整合指骨骼和植入物表麵之間的結構和功能連接。

為(wei) 了解決(jue) 這些問題，方法之一是應用等離子噴塗塗層，使鈦等材料附著到聚合物表麵或使羥基磷灰石附著在鈦表麵，起到改性表麵的作用。羥基磷灰石是噴塗在鈦或其它金屬表麵的磷酸鈣等離子體(ti) 。此外，鈦等離子噴塗還用於(yu) 鈦或聚合物表麵的粗糙化。盡管等離子噴塗可供使用，仍然存在以下一些問題：小顆粒和碎屑顆粒可能引起不良的組織反應，並最終導致植入物的長期無菌性鬆動。

另一種傳(chuan) 統替代方法是射頻等離子體(ti) 處理，其可用於(yu) 植入物的表麵改性。等離子體(ti) 是一種物質狀態，例如，固體(ti) 、液體(ti) 或氣體(ti) 。當向氣體(ti) 施加足夠的能量時，它會(hui) 電離成等離子體(ti) 狀態。這些活性成分的總性質可以控製，以便清洗、活化、化學接枝和沉積各種化學物質。

射頻等離子體(ti) 實質上會(hui) 重新排列並在外表麵上形成新鍵。就所有目的和用途而言，表麵與(yu) 植入物的基礎材料相同，隻是頂層被改性而已。射頻等離子體(ti) 的形成過程為(wei) ：施加通常為(wei) 13.56 MHz的射頻信號，促使被引入腔室的氣體(ti) 的原子或分子升溫，直至電離為(wei) 等離子體(ti) 。氣體(ti) 下方單獨控製的射頻信號下拉正離子以轟擊金屬表麵。

但是，該工藝會(hui) 產(chan) 生大量熱量。從(cong) 性質來看，生物相容性聚合物需要吸收大量熱才會(hui) 改變底層結構。但在某些情況下，聚合物的流量和熔融溫度不高。

圖1  晶圓級DC等離子體(ti) 。

EEMP工藝中，精確控製的電子（非離子）向著材料加速。電子的質量很小，因此不會(hui) 對表麵造成衝(chong) 擊損壞，並且化學反應隻會(hui) 產(chan) 生很小的熱量，因此樣本仍然處於(yu) 室溫下。

生物相容性聚合物可以使用EEMP加工，並且確保非常低的溫度曲線。聚合物鏈的鍵在表麵上被激發，並對表麵進行蝕刻或改性。與(yu) 鍵和表麵同時被破壞的現象相比，將溫度敏感的聚合物放置在常規射頻蝕刻機中時通常會(hui) 發生這種情況。

射頻等離子體(ti) 無論用於(yu) 加工何種類型的材料均會(hui) 獲得特定的結果，EEMP則不同，它十分靈活，容易適應各種應用和材料。可以操作和調整以獲得具體(ti) 結果的變量包括腔室中使用的氣體(ti) 、放電的電子能量（基於(yu) 待蝕刻的材料）和溫度。

根據所需的物理和/或化學特性，可以“調整”工藝以獲得預期的理想表麵。可能需要一定程度的粗糙度或表麵光滑度，或者疏水或親(qin) 水表麵。該工藝的早期實驗甚至獲得了十分粗糙的表麵，並激發生物學家進行檢查，結果證明，該表麵非常類似於(yu) 真實人體(ti) 骨骼的表麵。

EEMP的優(you) 點之一是得益於(yu) 工藝的性質，可以獲得原子級光滑表麵。在該工藝中，從(cong) 任何現有峰到原子光滑度的一個(ge) 晶格常數（小於(yu) 0.25 nm），逐層去除原子。

通過這種方法調整粗糙度可以達到預期的結果，無論是高達數百個(ge) 亞(ya) 原子的平滑度，還是微米級粗糙度。重要的是，根據具體(ti) 應用，粗糙表麵和光滑表麵各有優(you) 點。例如，植入關(guan) 節內(nei) 的聚合物表麵需要光滑，以最大限度地減少關(guan) 節磨損和摩擦。嚐試促進骨整合時，粗糙表麵可以獲得更好的結果。

醫療行業(ye) 的其它潛在應用也采用EEMP進行表麵改性，包括目前仍在研究的支持細菌粘附和生物膜形成。盡管該技術處於(yu) 概念驗證的早期階段，但是對於(yu) 迄今實現的表麵物理化學性質改變具有重要價(jia) 值。