I en världsnyhet, Australiska forskare har utnyttjat kraften hos diamanter i ett genombrott som kan leda till radikala förbättringar av hur mänskliga kroppar accepterar biomedicinska implantat.

Forskare från RMIT University har för första gången framgångsrikt belagt 3D-tryckta titanimplantat med diamant.

Utvecklingen är det första steget mot 3D-tryckta diamantimplantat för biomedicinskt bruk och ortopedi – kirurgiska ingrepp som involverar det mänskliga rörelseorganet.

Medan titan erbjuder en snabb, exakt och tillförlitligt material för medicinsk kvalitet och patientspecifika implantat, våra kroppar kan ibland avvisa detta material.

Detta beror på kemiska föreningar på titan, som förhindrar vävnad och ben från att interagera effektivt med biomedicinska implantat. Syntetisk diamant ger en billig lösning på detta problem.

Genombrottet har gjorts av den biomedicinska ingenjören Dr Kate Fox och hennes team vid RMITs School of Engineering.

"För närvarande är guldstandarden för medicinska implantat titan, men alltför ofta interagerar inte titanimplantat med våra kroppar som vi behöver dem, " sa Fox.

"För att komma runt detta, vi har använt diamant på 3D-ställningar för att skapa en ytbeläggning som fäster bättre på celler som vanligtvis finns hos däggdjur.

"Vi använder detonationsnanodiamanter för att skapa beläggningen, som är billigare än titanpulvret.

"Denna beläggning främjar inte bara bättre cellulär vidhäftning till det underliggande diamant-titanskiktet, men uppmuntrade spridningen av däggdjursceller. Diamanten förbättrar integrationen mellan det levande benet och det konstgjorda implantatet, och minskar bakteriell vidhäftning under en längre tidsperiod.

"Inte bara kunde vår diamantbeläggning leda till bättre biokompatibilitet för 3D-printade implantat, men det kan också förbättra deras slitage och motståndskraft. Det är ett exceptionellt biomaterial."

Genombrottet möjliggjordes med de senaste framstegen inom 3D-utskrift av titanställningar vid RMITs Advanced Manufacturing Precinct. Beläggningen skapas via en mikrovågsplasmaprocess vid Melbourne Center for Nanofabrication. Titanställningarna och diamanten kombineras för att skapa biomaterialet.

"Det kommer att dröja ett antal år innan en teknik som denna rullas ut, och det finns många steg att ta tills vi ser det tillgängligt för patienter, ", sa Fox. "Men det vi har gjort har tagit det första avgörande steget i en lång och potentiellt otrolig resa."

Doktorand Aaqil Rifai, som arbetar på den nya tekniken med Fox, nämnda diamant är så effektiv eftersom kol är en viktig komponent i människokroppen.

"Kol har en otrolig nivå av biokompatibilitet, " Sa Rifai. "Vår kropp accepterar och frodas lätt av diamant som en plattform för komplexa materialgränssnitt."

Förutom ortopedi, diamant har också använts för att belägga kardiovaskulära stentar - rör som hjälper till att hålla hjärtats artärer öppna - och på lederna, samt inom bionik och protetik.

Tills vidare, forskarna koncentrerar sig på hur tekniken kan användas för ortopedi.

"3D-utskrift är en banbrytande revolution i modern tid. Med 3D-utskrift kan vi designa patientspecifika implantat av medicinsk kvalitet. Tekniken är snabb, exakt, pålitlig och sparar arbetstid, sa Rifai.

"Skalbarheten för 3D-utskrift växer snabbt, så vi kan förvänta oss att diamantbeläggningar kommer att bli vanliga inom ortopedi någon gång inom en snar framtid."

Genombrottet har rapporterats i ACS tillämpade material och gränssnitt och involverade forskare från en rad discipliner vid RMIT och andra australiensiska universitet.