Modyfikacje powierzchniowe w postaci struktur nanorurkowych na stopach tytanu nowej generacji do zastosowań biomedycznych

Numer: 2017/27/N/ST8/01657
Program/Konkurs: Preludium 14
Jednostka finansująca: NCN
Kierownik projektu: mgr inż. Anna Majchrowicz
Funkcja: lider
Czas realizacji: 2018-2020

Opis
Celem projektu jest poprawa biozgodności stopów tytanu nowej generacji o strukturze β. Poprawę tę zamierza się osiągnąć poprzez wytworzenie na ich powierzchni tlenkowych struktur nanorurkowych. Obecność warstwy tlenkowej, w szczególności o rozbudowanej powierzchni, poprawia biozgodność i procesy osteointegracji w obrębie styku implantu z kością. Główną zaletą analizowanych stopów Ti o strukturze β jest obniżony moduł Younga, a także fakt, że zawierają jedynie pierwiastki witalne o niskiej toksyczności. Wykazują więc duży potencjał do zastosowań w wielu dziedzinach medycyny m.in. w ortopedii i stomatologii.
Modyfikacje powierzchniowe w postaci nanorurkowych warstw tlenkowych zostaną przeprowadzone na dwóch stopach tytanu: (1) jednofazowym o strukturze β Ti-24Nb-4Zr-8Sn oraz (2) dwufazowym stopie α + β Ti-13Nb-13Zr. Wykazują one znacznie obniżony moduł Younga względem innych biomateriałów metalicznych, który wynosi odpowiednio 49 oraz 79 GPa i jest zbliżony do modułu kości (10-40 GPa).
Pomimo, iż temat warstw nanorurkowych na czystym tytanie został już dosyć dokładnie rozpoznany, modyfikacje powierzchniowe w postaci nanorurek na stopach tytanu stanowią wyzwanie technologiczne i naukowe. Różna orientacja krystalograficzna ziaren (w szczególności różnych faz w stopach dwufazowych) może determinować kierunek wzrostu nanorurek i prowadzić do powstawania warstw o zaburzonej strukturze. 
W ramach projektu zostanie podjęta próba rozwiązania problemów zaistniałych przy wytwarzaniu nanorurkowych warstw tlenkowych na stopach tytanu. W tym celu projekt będzie realizowany w trzech zadaniach, w których postawiono następuje szczegółowe cele badawcze:

  • dobór parametrów wytwarzania nanorurkowych struktur tlenkowych na powierzchni stopów tytanu nowej generacji o strukturze jedno- i dwufazowej;
  • szczegółowa charakterystyka morfologii i właściwości fizykochemicznych otrzymanych warstw tlenkowych;
  • ocena potencjału biologicznego warstw nanorurkowych na analizowanych stopach tytanu.