New low-cost and bioactive alkali-activated hard-ceramic for orthopaedic prostheses and implants

Výzva	Štipendiá pre excelentných výskumníkov a výskumníčky R2-R4
Hlavný riešiteľ	Gianmarco Taveri
Prijímateľ	Centrum pre využitie pokročilých materiálov Slovenskej akadémie vied, verejná výskumná inštitúcia
Celkový rozpočet	219 514,80 €
Príspevok poskytovateľa	219 514,80 €
Zdroj financovania	Plán obnovy a odolnosti
Začiatok realizácie	september 2024
Koniec realizácie	august 2026
Kategória výskumníka	R3
Vedná oblasť	Fyzikálne, technické vedy a matematika

Anotácia

Využitie cenovo prijateľných a univerzálnych bio-materiálov pre chirurgické kostné implantáty je v biomedicíne stále otvorenou výzvou, pretože náklady súvisiace s týmto typom operácií sú vysoké a pre mnoho ľudí vo svete preto nedostupné. Doteraz bola navrhnutá široká škála rôznych bio-materiálov od vysoko bio-aktívnych, ale mechanicky málo odolných bio-skiel, až po bioinertnú keramiku s vysokou tvrdosťou. Doteraz sa uskutočnili len neuspokojivé pokusy o výrobu lacného bio-aktívneho implantátu (s mechanickými vlastnosťami, ktoré by sa podobali ľudskej kosti) na báze tvrdých keramických materiálov v sústave Si-binárnych zlúčenín (BHC – binary-hard ceramics), akými sú napr. karbid kremičitý (SiC), alebo nitrid kremičitý (Si3N4). Alkalická aktivácia je metóda, ktorá je lacná, ekologická a uskutočniteľná aj pri izbovej teplote, pri ktorej sú materiály na báze oxidu kremičitého vystavené pôsobeniu zásaditých roztokov, vďaka ktorým dochádza k tvorbe cementovej pevnej matrice. Jednou z hlavných výhod tejto metódy je možnosť zužitkovania materiálov s nižšou kvalitou a/alebo odpadov. Kvôli ich výraznej podobnosti s cementom, sú alkalicky-aktivované materiály (AAM) často používané v stavebníctve, ale zatiaľ opomínané v biomedicíne. V tomto projekte navrhujeme novú generáciu lacných a vysoko bio-aktívnych bio-cementov pre výrobu kostných implantátov a kostných náhrad založených na Si-BHC keramike s mechanickými vlastnosťami blížiacimi sa ľudskej kortikálnej kosti. Toto bude dosiahnuté alkalickou aktiváciou vrstvy oxidu kremičitého na povrchu častíc nitridu kremičitého. Okrem toho, je našim cieľom vyrobiť vysokokvalitné a mechanicky spoľahlivé matrice/skelety, ktoré presne kopírujú morfológiu ľudskej trabekulárnej kosti. V neposlednom rade sa budeme sústrediť na vývoj komerčne využiteľného prototypu kostnej náhrady resp. implantátu