在牙科植体治疗中，实现可控的液体药物释放至关重要，这有助于有效地管理感染、促进骨整合以及提供个性化的治疗。然而，传统的药物释放方法面临诸多挑战，包括缺乏无线和微型化的流体控制机构，导致难以实现精准的药物输送。现有的被动释放技术往往无法维持长期的抗菌效果，且在控制药物释放速率方面存在困难。因此，开发一种新型的无线控制液体输送系统，能够在植体中实现精准、可控的药物释放，具有重要的临床意义和应用前景。
近期，美国范德堡大学（Vanderbilt University）董晓光教授团队研发了一种可通过外部磁场无线控制的微型泵和阀门系统，将该系统集成到牙科植入物中，能够实现精确且微创的液体药物释放，直接作用于植入物与骨界面，为预防生物膜形成、促进骨整合以及实现其他生物医学应用提供了一种新的治疗手段。相关研究以“Wirelessly Actuated Microfluidic Pump and Valve for Controlled Liquid Delivery in Dental Implants”为题目，发表在期刊《Advanced Healthcare Materials》上。
本文要点：
1、本研究开发了一种可通过外部磁场（＜65mT）远程激活的微型泵和阀门系统，在牙科植入体内实现了最高52μL的液体储存和释放。
2、构建的系统利用磁螺杆机构作为活塞泵，以及一个柔性磁性阀门来开启和关闭流体通道，实现液体药物的精确释放。
3、该系统能够将液体载荷（如抗生素或干细胞溶液）直接输送至植入物-骨界面，这是一个在传统意义上难以触及的区域。
4、通过在牙科模型和动物颌骨中使用金属植入物进行实验，展示了按需液体输送的能力。
5、这项技术为牙科和其他生物医学领域提供了一种新的长期、靶向治疗剂输送方法，有助于提高植入物的治疗效果和患者体验。
在牙科种植体中采用无线控制液体输送具有以下优点：
1、微创治疗：避免了传统手术中可能伴随的较大创伤，减少了患者的恢复时间和术后并发症的风险。
2、精确释放：可以实现对药物剂量和释放时间的精确控制，确保药物在最佳时间以最佳剂量释放。
3、按需给药：根据患者的具体情况和治疗需求，实现按需输送药物，提高了治疗的个性化和有效性。
4、长期疗效：无线控制系统可以在种植体中储存药物，支持长期的药物释放，有助于持续治疗和预防疾病复发。
5、操作简便：医生可以通过外部设备轻松激活药物释放，简化了临床操作流程，提高了治疗的便捷性。
6、提高患者生活质量：减少了患者因治疗而需要频繁访问医院的次数，提高了患者的日常生活质量。
在设计用于牙科植入物的无线控制液体输送系统时，需要考虑的关键因素包括：
1、生物相容性：确保所有接触生物组织的材料和结构都满足生物相容性要求。
2、无线控制的有效性：确保系统能够在生物组织中有效接收和响应外部磁场信号。
3、液体输送的精确性：能够准确控制液体的释放量和释放速率。
4、系统的微型化：设计应足够小巧，能够无缝集成到牙科植入物内部，不影响植入体的结构和性能。
5、长期稳定性：确保系统在植入后能够长期稳定工作，不易发生故障或降解。
6、易于操作和维护：设计应便于临床操作和后续维护，确保患者的安全性和舒适度。
综上所述，在设计时需要兼顾生物相容性、无线精确控制、微型化等多方面因素，以实现在牙科植入物中的有效应用。
图1.用于按需输送液体治疗剂的无线控制牙科植入物的概念。
图2.集成流体通道、泵和阀的牙科植入物的设计和制造。
图3.牙科植入物中磁性螺杆活塞的液体泵送性能表征。
图4.用于控制液体喷射的可锁定柔性电磁阀的特性。
图5.体模中液体喷射性能的表征。
图6.猪颌骨内金属牙科植入物的液体喷射演示。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202402373
