假肢技术在很多方面取得了让人吃惊的进步,但假肢的功能仍然十分有限。当一个残疾人将假手或假脚从身体的柔软的表面拆下,尽管这个过程十分顺手,在这位残疾人是心理,这些假肢不过是身外之物,需要集中注意力去控制;这都不是什么不可说秘密。为了将假肢各种假肢能以正确的力度和信心安装好,我们必须将假肢植入人体,让假肢真正成为人体肌肉骨骼系统的一部分。皇家国立骨科医院的研究人员研制出了一种人体种植体,该种植体就是一种特殊接口,能让假腿直接与人体内骨骼系统接驳。
大角羊用头顶的角相互撞击头部时的撞击力能超过3400牛顿,想象一下,如果大角样或者身体硕大的麋鹿要是用角开格斗,但他们的角在头部连接处的面积只有茶杯和背带大小,没有一只大角羊或麋鹿能赢得异性。假肢设计者已经了解此情况,并且最终着手开展早就应该进行的工作。一项名为“骨整合”的技术被多名研究人员研发出来,骨整合技术原本是将钛种植体植入手臂骨骼的技术。这项技术的前景在于:只要骨-钛种植体能保持性能稳定,那么上覆盖肌化、安装感应器和神经电动机控制装置都能被安装到这个机器-生物组织上。
将假肢做得足够强壮至足以支撑人体行走,这并非研究人员的主要设计目的,研究人员要将多种技术运用到假肢上。奥斯卡·皮斯托留斯(译注:即残奥会短跑冠军,被人称为“刀锋战士”)依靠“飞毛腿”假肢取得成功,“飞毛腿”假肢也因此广泛为人所知;这一情况表明植入体的物质不是限制设计和性能的因素。要正确地将“飞毛腿”假肢安装到人体,并达到能到奥运会奔跑以及能缓冲后座力的程度,整个安装过程要几个小时。要是穿戴“飞毛腿”假肢时间稍长一点,即便没有携带任何物品,也会感到不舒服。奥斯卡·皮斯托留斯现在的知名度下降以及其他原因,他再次参加比赛时,将无法得到理想的植入体假肢。
皇家国立骨科医院最近进行了一次假肢医疗试验,该假肢被称为“骨内植入假肢”(ITAP),由斯坦莫尔植入体公司研制并命名。斯坦莫尔植入体公司研制“骨内植入假肢”的想法来自与《解剖学》杂志上的《突破皮肤限制的自然界答案》的文章,该文章描述了某些哺乳动物是如何骨骼-皮肤接触面的方式,骨骼-皮肤接触面就是人们所知的动物头上的角。研究人员对20只马鹿的角骨的皮下组织进行了解剖,发现马鹿的骨角为多孔形态;这种多孔形态让骨角周围组织能长入骨角内,紧紧地将骨角固定住。
如果不能抵挡细菌和病毒的侵蚀,再坚固的生物组织软-硬结合面迟早都会脱落。众所周知,只要皮肤发生破损就会有被感染的危险,即便是破损发生在指甲下面这样的干燥区域也不例外。像牙床和眼睛这样的潮湿接触面,需要有极强的适应能力和免疫监视来避免感染。通过模拟角骨结构,研究人员设计出了一种新型植入体,该植入体能在与更深层次组织接触的表面形成一个密封面,从而避免感染细菌和病毒。
钛金属骨骼植入体采用特殊涂层,以提高接触面积和粘附性,并使用羟磷灰石进行表面处理,羟磷灰石是形成骨骼的主要骨质成分。成纤维细胞是一种生长在骨质表面的细胞,其分泌的胶原能提高皮下组织的强度和弹性。“骨内植入假肢”有一个长度为40毫米的钛合金销(Ti6Al4V),在皮下与骨骼固定面接触的表面,表面涂层为羟磷灰石;在钛合金销皮上部分,为了防止细菌滋生,外表面采用类钻涂层。在外部伤口处,使用了一项被称为“有袋化”的技术(类似于有袋动物的皮囊)。在皮肤上开一个环形切口,切口边缘被表皮覆盖。如果体内的成纤维细胞没有受损,表皮细胞就不会沿着植入体的轴长入体内,让植入体的密封口受损。