Copper-Containing Surface Engineering for Soft-Tissue Biomedical Devices: Structure-Function Relationships and Ion Release-Driven Biological Performance, A Systematic Review.

چکیده اصلی

Copper and copper-based materials have gained increasing attention for the functional modification of implantable medical devices intended for prolonged soft-tissue contact, including vascular stents, catheters, and intrauterine devices. Owing to their broad-spectrum antimicrobial activity, redox reactivity, and involvement in angiogenesis and cellular signaling, copper-based systems offer significant potential for multifunctional surface engineering. However, achieving a balance between antibacterial efficacy, corrosion behavior, controlled ion release, and cytocompatibility remains a critical challenge. This PRISMA-compliant systematic review analyzes copper-containing materials and surface modification strategies for soft-tissue biomedical applications. A structured search of Scopus, Web of Science, and PubMed (2015-2025) identified 65 eligible studies. The review encompasses bulk copper-containing alloys, electrochemical and chemical surface modification techniques, physical vapor deposition approaches, and advanced hybrid systems integrating copper with polymers, hydrogels, or metal-phenolic networks. Across the reviewed literature, antibacterial performance was strongly dependent on copper concentration, microstructural distribution, and spatiotemporal ion release profiles. Moderate, well-controlled copper incorporation frequently improved antibacterial efficacy while maintaining acceptable hemocompatibility and cytocompatibility, particularly in vascular and blood-contacting devices. In contrast, excessive copper loading often accelerated corrosion and induced adverse cellular responses. Emerging multifunctional architectures demonstrated improved regulation of biological interactions, enabling simultaneous antibacterial, antithrombotic, and proendothelial effects. Overall, copper-based surface technologies represent a versatile platform for soft-tissue implant modification. Future translational progress will require precise control of copper release kinetics and comprehensive long-term in vivo validation to ensure safety and sustained therapeutic performance. From the authors' perspective, the most promising future direction involves multifunctional copper-based hybrid coatings capable of dynamically regulating ion release, host tissue integration, and antibacterial performance simultaneously. Strategies integrating hierarchical architectures, stimulus-responsive release systems, and clinically scalable fabrication methods are expected to play a key role in translating copper-containing surfaces from experimental concepts toward commercially viable soft-tissue biomedical devices.

ترجمه فارسی چکیده

مس و مواد مبتنی بر مس به دلیل فعالیت آنتی‌میکروبی گسترده، واکنش‌پذیری اکسید-کاهش و نقش در آنژیوژنز و سیگنال‌دهی سلولی، توجه زیادی را برای اصلاح دستگاه‌های قابل تزریق با تماس طولانی‌مدت با بافت نرم، از جمله استنت‌های عروقی، سوند‌ها و دستگاه‌های داخل رحمی، به خود جلب کرده‌اند. این مرور سیستماتیک مطابق با PRISMA، مواد حاوی مس و استراتژی‌های اصلاح سطح را برای کاربردهای پزشکی بافت نرم تحلیل می‌کند. جستجوی ساختاریافته در Scopus، Web of Science و PubMed (2015-2025) ۶۵ مطالعه مناسب را شناسایی کرد. در این مرور، عملکرد آنتی‌میکروبی به شدت به غلظت مس، توزیع ساختاری میکرو و پروفایل‌های رهاسازی یون زمانی-مکانی بستگی داشت. افزودن متوسط و کنترل‌شده مس اغلب عملکرد آنتی‌میکروبی را بهبود داد در حالی که همخوانی هماتولوژیک و سلولی قابل قبلی را حفظ کرد. در مقابل، بارگذاری بیش از حد مس اغلب خوردگی را تسریع و پاسخ‌های سلولی نامطلوب ایجاد کرد. معماری‌های چندمنظوره پیشرو، هم‌زمان اثرات آنتی‌میکروبی، ضدترومبوتیک و پرو-اندوتلیال را نشان دادند. آینده ترجمه این فناوری‌ها نیازمند کنترل دقیق دینامیک رهاسازی مس و تأیید طولانی‌مدت درون‌زندگی است.

متن کامل اصلی