1. 生物植入體的清潔度檢測
人工種植牙是利用生物材料制成的仿生牙，是一種典型的生物植入體。這種植入體一般要求具有生物相容性、無毒、無刺激性等。除此之外，用于人體口腔植入物的材料一般采用無菌包裝，要求表面清潔無異物，因?yàn)槿魏挝⑿〉漠愇锒伎赡軅Φ讲∪说纳眢w。但是在實(shí)際的口腔種植體表面可能存在不同的有機(jī)或無機(jī)的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可能來源于生產(chǎn)、處理或者包裝過程。目前關(guān)于這些植入體表面雜質(zhì)的臨床風(fēng)險(xiǎn)仍然有相關(guān)報(bào)道。但是，這些污染在技術(shù)層面是可以避免的。
如案例中所示為使用 Phonem SEM 進(jìn)行口腔植入物的清潔度檢測，在無塵室里制樣后，利用飛納臺式掃描電鏡的 Automated Image Mapping 功能可以自動采集成百上千張高分辨 SEM 圖片，并自動拼接出產(chǎn)品的全景形貌。[1] 據(jù)此結(jié)合 EDS 的成分分析功能，可以全面地評估植入體產(chǎn)品表面的清潔度。
下述案例所示為市面上購買的另一款口腔植入體，利用 BSE 信號的成分襯度，通過 BSE-Image Mapping 獲取的全景圖片可以觀察在植入體的頂端和肩部均存在一些雜質(zhì)，并且通過高分辨的放大圖片和 EDS 成分分析，可以進(jìn)一步的確認(rèn)這些雜質(zhì)為尺寸 10~50 μm 的 C、O 有機(jī)顆粒。[1]
市面購買的牙齒植入物表面清潔度檢測
2. 醫(yī)療器械相容性研究體外血流模擬血液相容性測試是冠狀動脈支架性能表征的一環(huán)，血流模型能夠產(chǎn)生類似于真實(shí)生理狀況的動脈血液流動和壁剪應(yīng)力，以評估血液與接觸醫(yī)療器械的相容性。利用 SEM 通過可視化分析，可以直觀地表征支架的相容性和生理特性。如下述案例所示，A、B、C、D 分別為不同材料制得的心臟支架進(jìn)行體外血流模擬實(shí)驗(yàn)后的 SEM 圖片，可以直觀發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)后 A、B 材料表面仍然光滑清潔，而 B、C 材料表面有明顯的血栓形成。
不同材質(zhì)心臟支架體外血液模擬實(shí)驗(yàn)后 SEM 圖
3. 3D 打印骨骼的結(jié)構(gòu)觀察3D 打印定制骨科植入物的優(yōu)勢近年來逐漸得到了大家的認(rèn)可，但是 3D 打印仍面臨技術(shù)工藝完善和產(chǎn)品安全性的挑戰(zhàn)。金屬粉末的質(zhì)量對 3D 打印產(chǎn)品的最終質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用，其中粉末粒徑分布和形貌是兩個(gè)重要特征。如下述案例所示，可以通過 Phenom 掃描電鏡對粉末形貌、粘黏、有無衛(wèi)星球等進(jìn)行評估，結(jié)合配套的粒徑分析軟件 Phenom Particle Metric，能夠從粒度分布、圓度、長徑比等多個(gè)維度對金屬粉末進(jìn)行快速表征。
3D 打印顆粒自動粒徑統(tǒng)計(jì)
在利用金屬粉末打印多孔結(jié)構(gòu)的骨科植入物的過程中，金屬粉末的質(zhì)量、打印過程參數(shù)設(shè)定影響著產(chǎn)品的使用性能，由于金屬粉末熔融不*，打印完成后的產(chǎn)品會存在金屬粉末附著的情況，若金屬粉末去除不*，可能對產(chǎn)品性能和安全性有不利影響。如下述案例所示，在 3D 打印的髖關(guān)節(jié)表面觀察到多個(gè)金屬顆粒附著，這些附著的小顆粒粒徑較小，植入人體后，存在著脫落的可能，增大了人造骨骼引發(fā)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)，對產(chǎn)品的安全有效性有嚴(yán)重影響。
4. 血液疾病研究在血液疾病研究方面，為更好的觀察到細(xì)胞、蛋白的行為，科研人員也越來越多的用到 SEM 來進(jìn)行分析。血栓引發(fā)的各類疾病已經(jīng)在現(xiàn)代社會中產(chǎn)生大量的致死案例，如下述案例所示為血栓的 SEM 觀察。斑馬魚的止血系統(tǒng)與人類極為相似，被廣泛用于人類止血模型、血栓形成模型的研究，案例中圖 (A) 為斑馬魚血栓凝塊，圖 (B)、(C) 分別為不添加任何組織因子 (TF) 的人類血栓凝塊和添加高濃度組織因子的人類血栓凝塊。通過 SEM 圖可以發(fā)現(xiàn)，添加高濃度 TF 的人血纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)與從斑馬魚血中獲得的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)極其相似，在魚血中觀察到更薄的蛋白纖維結(jié)構(gòu)。紅細(xì)胞和較小的細(xì)胞（可能為血小板）被困在斑馬魚血凝塊纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)中，表明它們可能參與了凝固過程。
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(A) 斑馬魚血凝塊；添加 (B) 和未添加 (C) TF 的人血凝塊
(A~D) 不同 α-FXIIa 和 tPA 添加量下血凝塊的 SEM 圖
上述案例為活化凝血因子 XII(α-FXIIa) 和組織纖溶酶原激活物 (tPA) 對血栓形成和纖維蛋白溶解影響實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，圖 (A) ~ 圖 (D) 為不同 α-FXIIa 和 tPA 添加量下血凝塊的 SEM 圖，可以發(fā)現(xiàn)在缺少 tPA 的條件下，即使有血纖維蛋白溶酶存在，α-FXIIa 的加入也會增加蛋白纖維的密度;而在血栓形成過程中加入 tPA 引發(fā)纖維蛋白溶解的條件下，加入 α-FXIIa 會使蛋白纖維變得更加多孔。
參考資料
[1] Duddeck D U , Albrektsson T , Wennerberg A , et al. On the Cleanliness of Different Oral Implant Systems: A Pilot Study[J]. Journal of Clinical Medicine, 2019, 8(9).
[2] Evelien S , Martijn M , Coenraad H , et al. Thrombin Generation in Zebrafish Blood[J]. PLoS ONE, 2016, 11(2):e0149135.
[3] Joke, Konings, Lisa, et al. The role of activated coagulation factor XII in overall clot stability and fibrinolysis[J]. Thrombosis Research, 2015.
