城大研發新技術　提升人體植入物抗菌功效

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。