(PhysOrg.com) -- Technische onderzoekers van UConn ontwikkelen een nieuwe familie implantaatmaterialen.

Zijn werk op het hete gebied van nanotechnologie heeft geleid tot drie NSF-gefinancierde onderzoeksprijzen voor Leon Shaw, een professor in de afdeling Chemie, materialen, &Biomoleculaire techniek.

Van de drie, men trouwt nanomaterialen met biomedische technologie. Samen met Yong Wang, een assistent-professor in de chemie, materialen, en biomoleculaire techniek, Shaw zal werken aan de ontwikkeling van een titanium/hydroxyapatiet orthopedisch implantaat dat is ontworpen om de levensduur van het implantaat te verbeteren en de noodzaak van revisiechirurgie te verminderen, waardoor de kosten voor de gezondheidszorg op de lange termijn en de stress van de patiënt worden verminderd.

Meer dan 10 miljoen Amerikanen dragen momenteel minstens één belangrijk geïmplanteerd medisch hulpmiddel in hun lichaam. Door hun uitstekende corrosieweerstand, superieure kracht, en biocompatibiliteit, titanium en roestvrijstalen legeringen zijn de belangrijkste materialen die in de meeste medische implantaten worden gebruikt. Ondanks hun voordelen, deze legeringen hebben ook grote nadelen:in veel gevallen hun levensverwachting is korter dan die van hun dragers, aanleiding geven tot aanvullende vervangende implantaatoperaties.

In aanvulling, titanium en staallegeringen hebben waarschijnlijk niet de stabiliteit of pasvorm van het oorspronkelijke weefsel, leiden tot afstoting van het implantaat. Hoewel momenteel beschikbare implantaten pijn kunnen verlichten en patiënten in staat stellen een actief leven te leiden, er zijn vaak complicaties om bot aan de metalen apparaten te hechten. Kleine openingen tussen natuurlijk bot en het implantaat kunnen in de loop van de tijd groter worden, waarvoor een extra operatie nodig is om het implantaat te vervangen. Onderzoekers wenden zich steeds meer tot nanotechnologie voor oplossingen.

Om de problemen in verband met metalen implantaten te overwinnen, veel onderzoeksorganisaties en commerciële bedrijven hebben geprobeerd orthopedische implantaten te ontwikkelen met een bioactief oppervlak om celadhesie en botgroei te bevorderen. Er zijn inspanningen gedaan om een ​​stabiele pasvorm te creëren die meer lijkt op het originele weefsel, waardoor er geen extra operatie nodig is om de schade of gaten te herstellen.

De twee meest gebruikte methoden omvatten het aanbrengen van hydroxyapatiet- of poreuze titaniumcoatings op implantaatoppervlakken. Het probleem is dat titanium niet bioactief is, terwijl hydroxyapatietcoatings tijdens gebruik kunnen delamineren. Met dit in gedachten, Shaw en Wang hebben hun project gericht op de ontwikkeling van een nieuwe familie van functioneel gesorteerde, poreuze implantaatmaterialen met een hiërarchie van gemanipuleerde microstructuren. Deze nieuwe familie van orthopedische implantaten zal de problemen aanpakken door hydroxyapatiet- of poreuze titaniumcoatings aan te brengen en zal worden vervaardigd via een nieuwe solide freeform-fabricagemethode die is ontwikkeld in het laboratorium van Shaw. Dit type orthopedische implantaten is de eerste in zijn soort die een titaniumrijke kern en een hydroxyapatietrijk oppervlak combineert met een gecontroleerd niveau van micro- en macroporositeit dat nog nooit eerder is geproduceerd.

De andere NSF-beurzen van Shaw zijn ook gezamenlijke inspanningen. Shaw gaat samenwerken met Kennametal Inc., een wereldleider in hardmetaaltechnologie. Dit project is gericht op de ontwikkeling van innovatieve productiemethoden die nieuwe materialen kunnen produceren met superieure mechanische eigenschappen die zijn afgeleid van nanokristallijn poeder. De samenwerking zorgt ervoor dat het onderzoek relevant is voor de hardmetaalindustrie en dat de resultaten worden verspreid onder eindgebruikers.

Het derde onderzoeksproject is in samenwerking met Mahmoud Zawrah, een onderzoeker van het National Research Center in Caïro, Egypte. Samen, ze kijken naar de verwerking en fabricage van nano-Si3N4- en SiC-composieten met het afvalmateriaal silicadamp als uitgangsmateriaal. Indien succesvol, dit project zal leiden tot vooruitgang in de productie van grote hoeveelheden zeer zuivere nanocomposietpoeders en gesinterd (of verdicht) Si ₃ N ₄ /SiC-componenten uit silicadamp in een reproduceerbare, nauwkeurig, en economische mode.