Surface modification of biomaterials with proteins
બાયોમટેરિયલ્સ એવી સામગ્રી છે જેનો ઉપયોગ જૈવિક પ્રણાલીઓના સંપર્કમાં થાય છે. ધાતુ, પોલિમરીક અને સિરામિક બાયોમટેરિયલ્સના વર્તમાન ઉપયોગો સાથે સપાટીના ફેરફારની જૈવ-સુસંગતતા અને લાગુ પડવાની ક્ષમતા ઇચ્છિત ઉપકરણના જથ્થાબંધ ગુણધર્મોને જાળવી રાખીને જૈવિક વાતાવરણમાં કામગીરી વધારવા માટે ગુણધર્મોમાં ફેરફાર કરવાની મંજૂરી આપે છે. સપાટીના ફેરફારમાં મોલેક્યુલર, સેલ્યુલર અને પેશીઓના સ્તરે બાયોમટેરિયલ અને ફિઝિયોલોજીકલ વાતાવરણ વચ્ચે ફિઝિકોકેમિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના મૂળભૂત સિદ્ધાંતોનો સમાવેશ થાય છે (બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા ઘટાડે છે, સેલ સંલગ્નતાને પ્રોત્સાહન આપે છે). હાલમાં, બાયોમેટેરિયલની લાક્ષણિકતા અને સપાટીના ફેરફારની વિવિધ પદ્ધતિઓ છે અને કેટલાક બાયોમેડિકલ ઉકેલોમાં મૂળભૂત વિભાવનાઓની ઉપયોગી એપ્લિકેશનો છે. કાર્ય સપાટીના ફેરફારનું કાર્ય મૂળ સામગ્રીની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે સપાટીના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોને બદલવાનું છે. વિવિધ પ્રકારની બાયોમટેરિયલ્સ (સિરામિક્સ, પોલિમર, ધાતુઓ, સંયોજનો) માં પ્રોટીનની સપાટીમાં ફેરફાર આખરે સામગ્રીની બાયોકોમ્પેટિબિલિટી વધારવા અને ચોક્કસ ઉપયોગો માટે બાયોએક્ટિવ સામગ્રી તરીકે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા માટે કરવામાં આવે છે. પ્રત્યારોપણ કરી શકાય તેવા તબીબી ઉપકરણો (જેમ કે પેસમેકર અને સ્ટેન્ટ) વિકસાવવાની વિવિધ બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશનોમાં, ચોક્કસ સામગ્રી સાથે પ્રોટીનની સપાટીના ગુણધર્મો/ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું જૈવિક સુસંગતતાના સંદર્ભમાં મૂલ્યાંકન કરવું આવશ્યક છે કારણ કે તે જૈવિક પ્રતિભાવ નક્કી કરવામાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. દાખલા તરીકે, સપાટીની હાઇડ્રોફોબિસિટી અથવા સામગ્રીની હાઇડ્રોફિલિસિટીમાં ફેરફાર કરી શકાય છે. શારીરિક વાતાવરણ અને સપાટીની સામગ્રી વચ્ચે ઇજનેરી જૈવ-સુસંગતતા વધારાના જૈવ-કાર્યક્ષમતા સાથે નવા તબીબી ઉત્પાદનો, સામગ્રીઓ અને શસ્ત્રક્રિયાની પ્રક્રિયાઓને મંજૂરી આપે છે. સપાટીમાં ફેરફાર વિવિધ પદ્ધતિઓ દ્વારા કરી શકાય છે, જેને ત્રણ મુખ્ય જૂથો દ્વારા વર્ગીકૃત કરી શકાય છેઃ ભૌતિક (ભૌતિક શોષણ, લેંગમુઇર બ્લોડજેટ ફિલ્મ), રાસાયણિક (મજબૂત એસિડ દ્વારા ઓક્સિડેશન, ઓઝોન ઉપચાર, રસાયણ શોષણ અને જ્યોત ઉપચાર) અને કિરણોત્સર્ગ (ગ્લો ડિસ્ચાર્જ, કોરોના ડિસ્ચાર્જ, ફોટો સક્રિયકરણ (યુવી), લેસર, આયન બીમ, પ્લાઝ્મા નિમજ્જન આયન પ્રત્યારોપણ, ઇલેક્ટ્રોન બીમ લિથોગ્રાફી અને γ-વિકિરણ). બાયોમેડિકલ પરિપ્રેક્ષ્યમાં, બાયોકોમ્પેટિબિલિટી એ ચોક્કસ એપ્લિકેશનમાં યોગ્ય યજમાન પ્રતિસાદ સાથે પ્રદર્શન કરવાની સામગ્રીની ક્ષમતા છે. તે બિન-ઝેરી હોવાનું વર્ણવવામાં આવ્યું છે, અસામાન્ય પેશીઓની રચના સાથે ક્રોનિક ઇન્ફ્લેમેટરી રિસ્પોન્સ જેવી કોઈ પ્રેરિત પ્રતિકૂળ પ્રતિક્રિયાઓ નથી, અને વાજબી જીવનકાળ માટે યોગ્ય રીતે કાર્ય કરવા માટે રચાયેલ છે. તે બાયોમટેરિયલ્સની જરૂરિયાત છે જેમાં સપાટી પર સુધારેલી સામગ્રી યજમાનને કોઈ નુકસાન પહોંચાડશે નહીં, અને સામગ્રી પોતે યજમાન દ્વારા નુકસાન પહોંચાડશે નહીં. જો કે મોટાભાગની કૃત્રિમ બાયોમટેરિયલ્સમાં ભૌતિક ગુણધર્મો હોય છે જે કુદરતી પેશીઓને મળે છે અથવા તેનાથી પણ વધી જાય છે, તેઓ ઘણીવાર થ્રોમ્બોસિસની રચના, બળતરા અને ચેપ જેવી પ્રતિકૂળ શારીરિક પ્રતિક્રિયામાં પરિણમે છે. ઉદાહરણ તરીકે ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણમાં બાયોઇન્ટિગ્રેશન એ અંતિમ લક્ષ્ય છે કે હાડકાં સારી બાયોકોમ્પેટિબિલિટી પરિસ્થિતિઓમાં કૃત્રિમ રોપવામાં આવેલી સામગ્રી અને હાડકાની પેશીઓ વચ્ચે સંપૂર્ણ ફ્યુઝન સાથે યાંત્રિક રીતે નક્કર ઇન્ટરફેસ સ્થાપિત કરે. સામગ્રીની સપાટીમાં ફેરફાર કરવાથી તેની જૈવિક સુસંગતતામાં સુધારો થઈ શકે છે, અને તેના જથ્થાબંધ ગુણધર્મોને બદલ્યા વિના કરી શકાય છે. સપાટીના સ્તરો જૈવિક વાતાવરણ સાથે ભૌતિક રાસાયણિક સંપર્કમાં હોવાથી બાયોમટેરિયલ્સમાં સૌથી ઉપરના પરમાણુ સ્તરોના ગુણધર્મો મહત્વપૂર્ણ છે. વધુમાં, કેટલીક બાયોમટેરિયલ્સમાં સારી બાયોકોમ્પેટિબિલિટી હોવા છતાં, તેમાં નબળા યાંત્રિક અથવા ભૌતિક ગુણધર્મો હોઈ શકે છે જેમ કે વસ્ત્રો પ્રતિકાર, કાટ-વિરોધી, અથવા ભીનાશ અથવા લ્યુબ્રિસિટી. આ કિસ્સાઓમાં, સપાટીના ફેરફારનો ઉપયોગ કોટિંગના સ્તરને જમા કરવા અથવા સંયુક્ત સ્તર બનાવવા માટે સબસ્ટ્રેટ સાથે મિશ્રણ કરવા માટે થાય છે. કોષ સંલગ્નતા પ્રોટીન એમિનો એસિડના વિવિધ ક્રમથી બનેલા હોવાથી, પ્રોટીન વિવિધ કાર્યો કરી શકે છે કારણ કે સંખ્યાબંધ પરમાણુ બંધ દ્વારા સંચાલિત તેનો માળખાકીય આકાર બદલાઈ શકે છે. એમિનો એસિડ ધ્રુવીય, બિન-ધ્રુવીય, હકારાત્મક કે નકારાત્મક ચાર્જ જેવા વિવિધ લક્ષણો દર્શાવે છે જે વિવિધ બાજુની સાંકળો દ્વારા નક્કી થાય છે. આમ, ઉદાહરણ તરીકે, વિવિધ પ્રોટીન સાથેના અણુઓનું જોડાણ, જેમાં આર્જિનિન-ગ્લાયસીન-એસ્પાર્ટેટ (આરજીડી) સિક્વન્સ હોય છે, તે ટીશ્યુ સ્કેફોલ્ડ્સની સપાટીમાં ફેરફાર કરે તેવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે અને જ્યારે તેના શારીરિક વાતાવરણમાં મૂકવામાં આવે ત્યારે કોષની સંલગ્નતામાં સુધારો થાય છે. સપાટીના વધારાના ફેરફારો સપાટી પર 2D અથવા 3D પેટર્નના કાર્યાત્મક જૂથોના જોડાણ દ્વારા થઈ શકે છે જેથી કોષ સંરેખણને માર્ગદર્શન આપવામાં આવે અને નવી પેશીઓની રચનામાં સુધારો થાય. બાયોમેડિકલ સામગ્રી ઉપર સૂચિબદ્ધ કેટલીક સપાટી સુધારણા તકનીકોનો ઉપયોગ ખાસ કરીને ચોક્કસ કાર્યો અથવા સામગ્રીના પ્રકારો માટે થાય છે. પ્લાઝ્મા નિમજ્જન આયન પ્રત્યારોપણનો એક ફાયદો એ છે કે તેની મોટાભાગની સામગ્રીની સારવાર કરવાની ક્ષમતા છે. આયન પ્રત્યારોપણ એ એક અસરકારક સપાટી ઉપચાર તકનીક છે જેનો ઉપયોગ બાયોમટેરિયલ્સના સપાટીના ગુણધર્મોને વધારવા માટે થાય છે. પ્લાઝ્મા ફેરફારનો અનોખો ફાયદો એ છે કે સપાટીના ગુણધર્મો અને જૈવિક સુસંગતતાને પસંદગીયુક્ત રીતે વધારી શકાય છે જ્યારે તાકાત જેવી સામગ્રીના અનુકૂળ જથ્થાબંધ લક્ષણોમાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી. એકંદરે, જટિલ આકાર સાથે તબીબી પ્રત્યારોપણમાં ફેરફાર કરવાની તે એક અસરકારક પદ્ધતિ છે. પ્લાઝ્મા ફેરફારનો ઉપયોગ કરીને સપાટીની કાર્યક્ષમતામાં ફેરફાર કરીને, શ્રેષ્ઠ સપાટી, રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મો મેળવી શકાય છે. પ્લાઝમા નિમજ્જન પ્રત્યારોપણ એ પોલિમર જેવી ઓછી ગલનબિંદુ સામગ્રી માટે યોગ્ય તકનીક છે, અને પિનહોલ મુક્ત સ્તરો અને સબસ્ટ્રેટ્સ વચ્ચે સંલગ્નતા સુધારવા માટે વ્યાપકપણે સ્વીકૃત છે. અંતિમ ધ્યેય એ છે કે નાઇટ્રોજન, કેલ્શિયમ અને સોડિયમ જેવા વિવિધ જૈવિક રીતે મહત્વપૂર્ણ ઘટકો સાથે વિવિધ પ્રકારની બાયોમેડિકલ પાતળા ફિલ્મોના બનાવટ સાથે બાયોકોમ્પેટિબિલિટી, કાટ પ્રતિકાર અને કાર્યક્ષમતા જેવી બાયોમટેરિયલ્સના ગુણધર્મોને વધારવાનો છે. ટાઇટેનિયમ ઓક્સાઇડ, ટાઇટેનિયમ નાઇટ્રાઇડ અને હીરા જેવા કાર્બન જેવી વિવિધ પાતળી ફિલ્મોની અગાઉ સારવાર કરવામાં આવી છે, અને પરિણામો દર્શાવે છે કે પ્રક્રિયા કરેલી સામગ્રી બાયોમેડિકલ પ્રત્યારોપણમાં ઉપયોગમાં લેવાતા કેટલાક વર્તમાન પદાર્થોની તુલનામાં વધુ સારી જૈવ-સુસંગતતા દર્શાવે છે. બનાવટી પાતળી ફિલ્મોની જૈવિક સુસંગતતાનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, વિવિધ ઈન વિટ્રો જૈવિક વાતાવરણનું સંચાલન કરવાની જરૂર છે. જો ઇમ્પ્લાન્ટને એક્સ્ટ્રા-સેલ્યુલર મેટ્રિક્સ પ્રોટીનમાં કોટેડ કરવામાં આવે તો રોગપ્રતિકારક તંત્ર અલગ રીતે પ્રતિક્રિયા આપશે. પ્રત્યારોપણની આસપાસના પ્રોટીન પ્રત્યારોપણને જન્મજાત રોગપ્રતિકારક શક્તિથી "છુપાવવાનું" કામ કરે છે. જો કે, જો પ્રત્યારોપણ એલર્જેનિક પ્રોટીનમાં કોટેડ હોય, તો દર્દીની અનુકૂલનશીલ રોગપ્રતિકારક પ્રતિક્રિયા શરૂ થઈ શકે છે. આવી નકારાત્મક રોગપ્રતિકારક પ્રતિક્રિયાને રોકવા માટે, ઇમ્યુનોસપ્રેસિવ દવાઓ સૂચવવામાં આવી શકે છે, અથવા ઓટોલોગસ પેશીઓ પ્રોટીન કોટિંગ ઉત્પન્ન કરી શકે છે. તીવ્ર પ્રતિક્રિયા દાખલ કર્યા પછી તરત જ, પ્રત્યારોપણ (અને શસ્ત્રક્રિયાથી પેશીઓને નુકસાન) તીવ્ર બળતરામાં પરિણમશે. તીવ્ર બળતરાના મુખ્ય ચિહ્નો લાલાશ, સોજો, ગરમી, પીડા અને કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો છે. પેશીઓને નુકસાન થવાથી રક્તસ્રાવ થવામાં પરિણમે છે જે સુપ્ત માસ્ટ કોષોને ઉત્તેજિત કરે છે. માસ્ટ કોશિકાઓ કેમોકાઈન્સ છોડે છે જે રક્ત વાહિની એન્ડોથેલિયમને સક્રિય કરે છે. રક્તવાહિનીઓ ફેલાય છે અને લિકેજ બને છે, જે તીવ્ર બળતરા સાથે સંકળાયેલ લાલાશ અને સોજો પેદા કરે છે. સક્રિય એન્ડોથેલિયમ લોહીના પ્લાઝ્મા અને મેક્રોફેજ સહિત શ્વેત રક્તકણોને બહાર કાઢવાની મંજૂરી આપે છે જે પ્રત્યારોપણમાં પરિવર્તિત થાય છે અને તેને બિન-જૈવિક તરીકે ઓળખે છે. મેક્રોફેજ બાહ્ય પદાર્થનો સામનો કરવા માટે ઓક્સિડેન્ટ્સ છોડે છે. જો એન્ટીઑકિસડન્ટો બાહ્ય શરીરનો નાશ કરવામાં નિષ્ફળ જાય, તો લાંબી બળતરા શરૂ થાય છે. ક્રોનિક રિસ્પોન્સ બિન-વિઘટનક્ષમ સામગ્રીનું પ્રત્યારોપણ આખરે ક્રોનિક ઇન્ફ્લેમેશન અને તંતુમય કેપ્સ્યૂલની રચનામાં પરિણમશે. મેક્રોફેજ કે જે પેથોજેન્સનો નાશ કરવામાં નિષ્ફળ જાય છે તે વિદેશી-શરીરના વિશાળ કોષની રચના કરવા માટે ભળી જશે જે પ્રત્યારોપણને અલગ કરે છે. ઓક્સિડેન્ટ્સનું ઊંચું સ્તર ફાઈબ્રોબ્લાસ્ટ્સને કોલેજનને સ્ત્રાવ કરવા માટેનું કારણ બને છે, જે પ્રત્યારોપણની આસપાસ તંતુમય પેશીઓનું સ્તર બનાવે છે. બાહ્યકોષીય મેટ્રિક્સ પ્રોટીન સાથે પ્રત્યારોપણને કોટિંગ કરીને, મેક્રોફેજ પ્રત્યારોપણને બિન-જૈવિક તરીકે ઓળખવામાં અસમર્થ હશે. પ્રત્યારોપણ પછી યજમાન સાથે સતત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવામાં સક્ષમ હોય છે, જે આસપાસના પેશીઓને વિવિધ પરિણામો તરફ પ્રભાવિત કરે છે. દાખલા તરીકે, પ્રત્યારોપણ એન્જીયોજેનિક દવાઓ સ્ત્રાવ કરીને ઉપચારમાં સુધારો કરી શકે છે. ફેબ્રિકેશન તકનીકો ભૌતિક ફેરફાર ભૌતિક સ્થિરીકરણ એટલે કોઈ પણ સામગ્રીની રચનામાં ફેરફાર કર્યા વિના તેને બાયોમિમેટિક સામગ્રી સાથે કોટિંગ કરવું. કોષના એડહેસિવ પ્રોટીન (જેમ કે કોલેજન અથવા લેમિનિન) સાથેની વિવિધ બાયોમિમેટિક સામગ્રીનો ઉપયોગ નવી પેશીઓની રચના અને કોષના વિકાસને નિર્દેશિત કરવા માટે ઈન વિટ્રોમાં કરવામાં આવે છે. પ્રોટીન-કોટેડ સપાટીઓ પર કોષની સંલગ્નતા અને પ્રસાર વધુ સારી રીતે થાય છે. જો કે, પ્રોટીન સામાન્ય રીતે અલગ હોવાથી, તે રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવ મેળવવાની શક્યતા વધુ હોય છે. સામાન્ય રીતે રસાયણશાસ્ત્રના ગુણોને ધ્યાનમાં લેવા જોઈએ. રાસાયણિક ફેરફાર આલ્કલી હાઇડ્રોલિસિસ, સહસંયોજક સ્થિરીકરણ અને ભીની રાસાયણિક પદ્ધતિ એ સપાટીને રાસાયણિક રીતે સંશોધિત કરવાની ઘણી રીતોમાંથી માત્ર ત્રણ છે. સપાટીને સપાટી સક્રિયકરણ સાથે તૈયાર કરવામાં આવે છે, જ્યાં પ્રોટીન સાથે વધુ સારી રીતે પ્રતિક્રિયા આપવા માટે પોલિમર પર ઘણી કાર્યક્ષમતાઓ મૂકવામાં આવે છે. આલ્કલી હાઇડ્રોલિસિસમાં, નાના પ્રોટોન પોલિમર સાંકળો વચ્ચે ફેલાય છે અને સપાટીના હાઇડ્રોલિસિસનું કારણ બને છે જે એસ્ટર બોન્ડ્સને વિભાજિત કરે છે. આ કાર્બોક્સિલ અને હાઇડ્રોક્સિલ કાર્યક્ષમતાની રચનામાં પરિણમે છે જે પ્રોટીન સાથે જોડાઈ શકે છે. સહસંયોજક સ્થિરતામાં, પ્રોટીનના નાના ટુકડાઓ અથવા ટૂંકા પેપ્ટાઇડ્સ સપાટી સાથે બંધાયેલા હોય છે. પેપ્ટાઇડ્સ અત્યંત સ્થિર હોય છે અને અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે આ પદ્ધતિ જૈવિક સુસંગતતામાં સુધારો કરે છે. ભીની રાસાયણિક પદ્ધતિ એ પ્રોટીન સ્થિર કરવાની પસંદગીની પદ્ધતિઓમાંની એક છે. રાસાયણિક પ્રજાતિઓ કાર્બનિક દ્રાવણમાં ઓગળી જાય છે જ્યાં પોલિમરની હાઇડ્રોફોબિક પ્રકૃતિને ઘટાડવા માટે પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે. ભૌતિક શોષણ કરતાં રાસાયણિક ફેરફારમાં સપાટીની સ્થિરતા વધારે હોય છે. તે કોષની વૃદ્ધિ અને શારીરિક પ્રવાહી પ્રવાહ માટે ઉચ્ચ જૈવિક સુસંગતતા પણ પ્રદાન કરે છે. ફોટોકેમિકલ ફેરફાર બાયોમટેરિયલ્સના ફોટોકેમિકલ ફેરફારનો ઉપયોગ કરીને પોલિમર પર બાયોમોલેક્યુલ્સને કલમ કરવાના સફળ પ્રયાસો કરવામાં આવ્યા છે. આ તકનીકો રાસાયણિક બંધને તોડવા અને મુક્ત રેડિકલ છોડવા માટે ઉચ્ચ ઊર્જા ફોટોન (સામાન્ય રીતે યુવી) નો ઉપયોગ કરે છે. બાયોમટેરિયલની સપાટીના ચાર્જને અનુકૂળ રીતે બદલીને પ્રોટીન સંલગ્નતાને પ્રોત્સાહન આપી શકાય છે. સુધારેલ પ્રોટીન સંલગ્નતા યજમાન અને પ્રત્યારોપણ વચ્ચે વધુ સારા એકીકરણ તરફ દોરી જાય છે. મા એટ અલ. વિવિધ સપાટી જૂથો માટે કોષ સંલગ્નતાની સરખામણી કરી અને જાણવા મળ્યું કે OH અને CONH2 એ COOH કરતાં વધુ પી. એલ. એલ. એ. ની ભીનાશમાં સુધારો કર્યો છે. બાયોમટેરિયલની સપાટી પર માસ્ક લગાવવાથી પસંદગીયુક્ત સપાટીમાં ફેરફાર કરવામાં આવે છે. યુવી પ્રકાશ જે વિસ્તારોમાં પ્રવેશ કરે છે તેમાં ફેરફાર કરવામાં આવશે જેથી કોષો આ પ્રદેશને વધુ અનુકૂળ રીતે વળગી રહેશે. પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવી લઘુતમ સુવિધાનું કદ આના દ્વારા આપવામાં આવે છેઃ જ્યાં લઘુતમ સુવિધાનું કદ (સામાન્ય રીતે k1 પરિબળ કહેવાય છે) એ એક ગુણાંક છે જે પ્રક્રિયા-સંબંધિત પરિબળોને સમાવી લે છે, અને સામાન્ય રીતે ઉત્પાદન માટે 0.40 બરાબર હોય છે. આ સમીકરણ અનુસાર, તરંગલંબાઇ ઘટાડીને અને આંકડાકીય છિદ્ર વધારીને વધુ રીઝોલ્યુશન મેળવી શકાય છે. સંયોજનો અને કલમની રચના કલમની રચના કેટલી ગ્લાયકોલિક એસિડ અને લેક્ટિક એસિડ ઉમેરવામાં આવે છે તેના ગુણોત્તર દ્વારા સામગ્રીની એકંદર હાઇડ્રોફિલિસિટીમાં સુધારો કરે છે. બ્લોક પોલિમર અથવા પી. એલ. જી. એ. ગ્લાયકોલિક એસિડની માત્રાને નિયંત્રિત કરીને સપાટીની હાઇડ્રોફોબિસિટી ઘટાડે છે. જો કે, આ સામગ્રીના હાઇડ્રોફિલિક વલણમાં વધારો કરતું નથી. બ્રશ ગ્રાફ્ટિંગમાં, આલ્કોહોલ અથવા હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો ધરાવતા હાઇડ્રોફિલિક પોલિમરને ફોટોપોલિમરાઇઝેશન દ્વારા સપાટી પર મૂકવામાં આવે છે. પ્લાઝમા સારવાર પ્લાઝમા તકનીકો ખાસ કરીને ઉપયોગી છે કારણ કે તેઓ અતિ પાતળા (થોડા એનએમ), સુસંગત, અનુરૂપ કોટિંગ્સ જમા કરી શકે છે. ગ્લો ડિસ્ચાર્જ પ્લાઝ્મા ઓછા દબાણવાળા ગેસ (ઉદા. આર્ગોન, એમોનિયા અથવા ઓક્સિજન). ગેસ પછી માઇક્રોવેવ્સ અથવા કરંટનો ઉપયોગ કરીને ઉત્તેજિત થાય છે જે તેને આયનીકરણ કરે છે. આયનીકૃત વાયુ પછી ઊંચી ઝડપે સપાટી પર ફેંકવામાં આવે છે જ્યાં ભૌતિક અને રાસાયણિક રીતે ઉત્પન્ન થતી ઊર્જા સપાટીને બદલે છે. ફેરફારો થયા પછી, આયનીકૃત પ્લાઝ્મા ગેસ તેને પ્રોટીન સંલગ્નતા માટે તૈયાર કરવા માટે સપાટી સાથે પ્રતિક્રિયા કરવામાં સક્ષમ છે. જો કે, ઊર્જાની ઊંચી માત્રાને કારણે સપાટીઓ યાંત્રિક શક્તિ અથવા અન્ય અંતર્ગત ગુણધર્મો ગુમાવી શકે છે. પરિણામી બાયોમટેરિયલના અંતિમ ઉપયોગના આધારે પ્રોટીનને સતત સ્થિર કરવા માટે કેટલીક પ્લાઝ્મા-આધારિત તકનીકો વિકસાવવામાં આવી છે. સ્માર્ટ બાયોએક્ટિવ સપાટીઓ બનાવવા માટે આ તકનીક પ્રમાણમાં ઝડપી અભિગમ છે. અસ્થિની પેશીઓ એક્સ્ટ્રા-સેલ્યુલર મેટ્રિક્સ (ઇસીએમ) પ્રોટીન હાડકાની રચનાની પ્રક્રિયાને મોટા પ્રમાણમાં નિર્ધારિત કરે છે-ઓસ્ટિઓજેનિટર કોષોનું જોડાણ અને પ્રસાર, ઓસ્ટિઓબ્લાસ્ટ્સમાં તફાવત, મેટ્રિક્સની રચના અને ખનિજીકરણ. હાડકાના વિકાસને પ્રોત્સાહન આપવા માટે અસ્થિ મેટ્રિક્સ પ્રોટીન સાથે હાડકાનો સંપર્ક કરતા ઉપકરણો માટે બાયોમટેરિયલ્સની રચના કરવી ફાયદાકારક છે. ઓસ્ટિઓબ્લાસ્ટના તફાવતને ઉત્તેજીત કરવા માટે હાઇડ્રોક્સિપેટાઇટ/β-ટ્રાઇકલસિયમ ફોસ્ફેટ જેવી સિરામિક સામગ્રીની સપાટીમાં ઓસ્ટિઓન્ડક્ટિવ પેપ્ટાઇડ્સને સહસંયોજક અને દિશાત્મક રીતે સ્થિર કરવું પણ શક્ય છે અને હાડકાના વધુ સારા પુનઃજનન માટે આરજીડી પેપ્ટાઇડ્સ ટાઇટેનિયમ પ્રત્યારોપણ, પોલિમરીક સામગ્રી અને કાચ પર ઓસ્ટિઓબ્લાસ્ટના જોડાણ અને સ્થળાંતરને વધારવા માટે દર્શાવવામાં આવ્યા છે. કોષ પટલમાં અણુઓ દ્વારા ઓળખી શકાય તેવા અન્ય એડહેસિવ પેપ્ટાઇડ્સ પણ અસ્થિ-વ્યુત્પન્ન કોષોના બંધનને અસર કરી શકે છે. ખાસ કરીને, ફાઇબ્રોનેક્ટિનમાં હેપરિન બંધનકર્તા ક્ષેત્ર ઓસ્ટિઓજેનિક કોષો સાથે ચોક્કસ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં સક્રિય રીતે સામેલ છે. હેપરિન બંધનકર્તા ડોમેન્સ સાથેના ફેરફારમાં એન્ડોથેલિયલ કોષો અને ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ્સના જોડાણને અસર કર્યા વિના ઓસ્ટીયોબ્લાસ્ટ્સના બંધનને વધારવાની ક્ષમતા છે. વધુમાં, અસ્થિ મોર્ફોજેનિક પ્રોટીન પરિવાર જેવા વૃદ્ધિ પરિબળો અસ્થિ રચનાને પ્રેરિત કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ પોલિપેપ્ટાઇડ્સ છે. પ્રત્યારોપણના અસ્થિ એકીકરણને વધારવા માટે આ વૃદ્ધિ પરિબળો સામગ્રી સાથે સહસંયોજક રીતે બંધાયેલા હોઈ શકે છે. ન્યુરલ ટીશ્યુ પેરિફેરલ નર્વસ સિસ્ટમના નુકસાનની સારવાર સામાન્ય રીતે ચેતા પેશીઓના ઓટોગ્રાફ્ટ દ્વારા કરવામાં આવે છે જેથી કપાયેલા અંતરને દૂર કરી શકાય. આ સારવાર માટે ચેતા પેશીઓના સફળ પુનર્જીવનની જરૂર પડે છે; દૂરસ્થ સ્ટમ્પ સાથે જોડાણ બનાવવા માટે ચેતાક્ષને હસ્તક્ષેપ વિના નિકટવર્તી સ્ટમ્પમાંથી વધવું આવશ્યક છે. ન્યુરલ ગાઇડન્સ ચેનલો (એન. જી. સી.), નવા ચેતાક્ષોના વિકાસ માટે વાહક તરીકે ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે અને આ પેશીઓના તફાવત અને મોર્ફોજેનેસિસ ન્યુરલ કોષો અને આસપાસના ઇસીએમ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાથી પ્રભાવિત થાય છે. લેમિનિનના અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે પ્રોટીન ચેતા કોષોના જોડાણમાં એક મહત્વપૂર્ણ ઇસીએમ પ્રોટીન છે. પેન્ટા-પેપ્ટાઇડ વાય. આઈ. જી. એસ. આર. અને આઈ. કે. વી. એ. વી., જે લેમિનિનમાં મહત્વપૂર્ણ ક્રમ છે, તે કોષોની અવકાશી સંસ્થાને નિયંત્રિત કરવાની ક્ષમતા સાથે ચેતા કોષોના જોડાણમાં વધારો કરે છે. કાર્ડિયોવાસ્ક્યુલર પેશીઓ એ મહત્વનું છે કે સ્ટેન્ટ્સ અથવા કૃત્રિમ વેસ્ક્યુલર ગ્રાફ્ટ જેવા કાર્ડિયોવાસ્ક્યુલર ઉપકરણોને ચોક્કસ પેશી ક્ષેત્રના ગુણધર્મોની નકલ કરવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે જે ઉપકરણ બદલવા માટે સેવા આપે છે. થ્રોમ્બોજેનિસિટી ઘટાડવા માટે, સપાટીઓને ફાઇબ્રોનેક્ટિન અને આરજીડી ધરાવતી પેપ્ટાઇડ્સ સાથે કોટેડ કરી શકાય છે, જે એન્ડોથેલિયલ કોશિકાઓના જોડાણને પ્રોત્સાહન આપે છે. પેપ્ટાઇડ્સ વાય. આઈ. જી. એસ. આર. અને આર. ઈ. ડી. વી. પણ એન્ડોથેલિયલ કોષોના જોડાણ અને ફેલાવાને વધારવા અને આખરે પ્રત્યારોપણની થ્રોમ્બોજેનિસિટીને ઘટાડવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. બોવાઇન સબમેક્સિલરી મ્યુસિન કોટિંગ્સ સંદર્ભો બાયોમટેરિયલ્સ પણ જુઓ.