Il professor Leon Shaw con uno studente laureato nel suo laboratorio presso l'Institute of Materials Science. Foto di Peter Morenus
(PhysOrg.com) -- I ricercatori di ingegneria di UConn stanno sviluppando una nuova famiglia di materiali per impianti.
Il suo lavoro nell'area rovente della nanotecnologia ha dato vita a tre premi di ricerca finanziati dal NSF per Leon Shaw, un professore del Dipartimento di Chimica, Materiali, &Ingegneria Biomolecolare.
Dei tre, si sposano i nanomateriali con l'ingegneria biomedica. Insieme a Yong Wang, un assistente professore di chimica, materiali, e ingegneria biomolecolare, Shaw lavorerà allo sviluppo di un impianto ortopedico in titanio/idrossiapatite progettato per migliorare la longevità dell'impianto e ridurre la necessità di interventi di revisione, riducendo così i costi sanitari a lungo termine e lo stress del paziente.
Oltre 10 milioni di americani attualmente portano nel loro corpo almeno un importante dispositivo medico impiantato. Grazie alla loro eccellente resistenza alla corrosione, forza superiore, e biocompatibilità, le leghe di titanio e acciaio inossidabile sono i materiali principali utilizzati nella maggior parte degli impianti medici. Nonostante i loro vantaggi, queste leghe comportano anche grossi svantaggi:in molti casi, la loro aspettativa di vita è più breve di quella di chi li indossa, richiedendo ulteriori interventi chirurgici di sostituzione dell'impianto.
Inoltre, è improbabile che le leghe di titanio e acciaio abbiano la stabilità o l'adattamento del tessuto originale, che porta al rigetto dell'impianto. Sebbene gli impianti attualmente disponibili possano alleviare il dolore e consentire ai pazienti di vivere una vita attiva, ci sono spesso complicazioni nell'attaccare l'osso ai dispositivi metallici. Piccoli spazi tra l'osso naturale e l'impianto possono espandersi nel tempo, che richiedono un ulteriore intervento chirurgico per sostituire l'impianto. I ricercatori si rivolgono sempre più alla nanotecnologia per trovare soluzioni.
Per superare i problemi legati agli impianti metallici, molte organizzazioni di ricerca e società commerciali hanno cercato di sviluppare impianti ortopedici che hanno una superficie bioattiva per promuovere l'adesione cellulare e la crescita ossea. Sono stati fatti sforzi per creare una vestibilità stabile che assomigli più da vicino al tessuto originale, eliminando così la necessità di ulteriori interventi chirurgici per riparare il danno o le lacune.
I due metodi più utilizzati prevedono l'applicazione di idrossiapatite o rivestimenti porosi in titanio alle superfici degli impianti. Il problema è che il titanio non è bioattivo, mentre i rivestimenti di idrossiapatite potrebbero delaminarsi durante l'uso. Con questo in testa, Shaw e Wang hanno orientato il loro progetto verso lo sviluppo di una nuova famiglia di materiali implantari porosi con una gerarchia di microstrutture ingegnerizzate. Questa nuova famiglia di impianti ortopedici affronterà i problemi applicando rivestimenti in idrossiapatite o titanio poroso e sarà fabbricata attraverso un nuovo metodo di fabbricazione a forma libera solido sviluppato nel laboratorio di Shaw. Questo tipo di impianti ortopedici è il primo del suo genere ad accoppiare un nucleo ricco di titanio e una superficie ricca di idrossiapatite con un livello controllato di micro e macro porosità mai prodotto in precedenza.
Anche le altre sovvenzioni NSF di Shaw sono sforzi di collaborazione. Shaw collaborerà con Kennametal Inc., leader mondiale nella tecnologia dei metalli duri. Questo progetto è finalizzato allo sviluppo di metodi di produzione innovativi in grado di produrre nuovi materiali con proprietà meccaniche superiori derivate da polvere nanocristallina. La collaborazione garantirà che la ricerca sia rilevante per l'industria dei metalli duri e che i risultati saranno diffusi agli utenti finali.
Il terzo progetto di ricerca è in collaborazione con Mahmoud Zawrah, un ricercatore del Centro Nazionale delle Ricerche del Cairo, Egitto. Insieme, stanno esaminando la lavorazione e la fabbricazione di compositi nano-Si3N4 e SiC utilizzando il fumo di silice del materiale di scarto come materiale di partenza. In caso di successo, questo progetto porterà a progressi nella produzione di grandi quantità di polveri nano-composite ad alta purezza e Si sinterizzato (o densificato) 3 n 4 /SiC componenti da fumi di silice in un riproducibile, preciso, e la moda economica.
