Aktualności
Badania
04 Lutego
Źródło: www.pw.edu.pl
Opublikowano: 2021-02-04

Pracują nad technologią wytwarzania nowej generacji implantów tytanowych

Nad technologią wytwarzania nowej generacji implantów tytanowych do stabilizacji złamań kostnych pracują naukowcy z Politechniki Warszawskiej, Wojskowej Akademii Technicznej, Instytutu Wysokich Ciśnień PAN oraz Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN. Wśród nich laureaci ostatniego konkursu LIDER.  

Obecnie na rynku nie istnieją elementy wytwarzane z czystego tytanu, zastosowanie ma natomiast tytan z dodatkami stopowymi, jak aluminium i wanad, które nie zawsze są dobrze tolerowane przez organizm ludzki. W ramach projektu „BIOEXPLO” opracowana zostanie technologia, przy zastosowaniu której powstaną wyroby medyczne o unikatowej biozgodności, braku pierwiastków stopowych, wysokiej wytrzymałości mechanicznej oraz mniejszej masie.

Naszym celem jest opracowanie nowoczesnej technologii wytwarzania nowej generacji implantów tytanowych służących do stabilizacji złamań kostnych. Kluczowym elementem projektu jest wytworzenie elementów z czystego tytanu (Ti-CP) stosowanych do rekonstrukcji kości, z wykorzystaniem unikatowej i innowacyjnej metody odkształcania wybuchowego – wyjaśnia pomysłodawca projektu dr inż. Michał Gloc z Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej.

Odkształcanie wybuchowe jest obecnie jedną z niekonwencjonalnych metod umacniania metali. Ta nowatorska technika pozwala na uzyskanie materiałów o unikalnych właściwościach, zarówno wytrzymałościowych, jak i odpornych na degradację. Materiały odkształcone wybuchem to połączenie unikalnych właściwości nanomateriałów i materiałów nierównowagowych. Warto podkreślić, że mechanizm procesu odkształcania wybuchem oraz sposób powstawania złożonych struktur nie został do końca wyjaśniony, a dotychczas otrzymane wyniki są przedmiotem licznych dyskusji.

Planowane wykorzystanie w projekcie czystego tytanu, w którym właściwości wytrzymałościowe zostaną uzyskane bez konieczności używania pierwiastków stopowych, spowoduje redukcję kosztów materiału poprzez brak potrzeby stosowania pierwiastków drogich, deficytowych i cytotoksycznych, jak: aluminium, niob, wanad i jednocześnie znacząco podniesie cechę użytkową jaką jest tzw. biozgodność.

Zwiększona wytrzymałość uzyskana poprzez odkształcenie wybuchem przyczyni się do redukcji wymiarowej elementu, a tym samym do redukcji jego masy. Obniży to także destrukcję kości i zwiększy jej stabilność oraz szybkość regeneracji w przypadku implantów czasowych. Szybszy proces osteointegracji (połączenia implantu z kością) ograniczy zapalenia septyczne (bakteryjne), które mogą wystąpić w trakcie lub po zabiegu implantacji materiału do kości.

W przypadku implantów wszczepianych na całe życie (np. u osób w podeszłym wieku) zastosowana zostanie dodatkowa obróbka powierzchniowa, która pozwoli na zwiększenie rozwinięcia powierzchni oraz przyłączenie naturalnie występującego w tkance kostnej hydroksyapatytu, co przyczyni się do zwiększania integralności z kością.

W badaniach uczestniczą także dr inż. Marcin Wachowski z Wojskowej Akademii Technicznej, mgr inż. Judyta Dulnik z Instytutu Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk oraz dr inż. Paulina Kozera z Politechniki Warszawskiej. W projekt zaangażowana jest także dr inż. Sylwia Przybysz z Instytutu Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk, która w odrębnym grancie zajmuje się opracowaniem nowoczesnej technologii wytwarzania nanokrystalicznego tytanu. Będzie ona polegała na kombinacji dwóch metod: procesu wyciskania hydrostatycznego HE (ang. Hydrostatic Extrusion) oraz procesu przeciskania przez równoosiowy kanał kątowy ECAP (ang. Equal Channel Anqular Pressing). Odkształcony w ten sposób materiał będzie posiadał rozdrobnioną, izotropową strukturę i będzie mógł zostać wykorzystany w implantach medycznych, m.in. do stabilizacji złamań kostnych.

Dzięki zastosowanej w projekcie technologii opracowany materiał na wyroby medyczne będzie wyróżniać wysoka wytrzymałość mechaniczna, izotropowa struktura, biozgodność oraz brak szkodliwych pierwiastków stopowych takich jak np. aluminium, wanad czy niob. Zwiększona wytrzymałość materiału uzyskana poprzez złożoną przeróbkę plastyczną pozwoli np. na zredukowanie średnicy śrub wykorzystywanych w implantologii, a tym samym przyczyni się do redukcji średnicy otworów nawiercanych w kości, które są niezbędne do mocowania implantów – tłumaczy dr inż. Sylwia Przybysz, która współpracuje z naukowcami z Instytutu Metalurgii i  Inżynierii Materiałowej PAN oraz Akademii Górniczo-Hutniczej z Krakowa.

Oba projekty otrzymały dofinasowanie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach XI edycji konkursu LIDER. Będą realizowane do końca 2023 r. Do marca 2021 r. trwa z kolei nabór wniosków do XII edycji konkursu. Na projekty realizowane w jego ramach przeznaczono ponad 80 mln zł.

źródło: PW

Dyskusja (0 komentarzy)
    Tagi: