El profesor Leon Shaw con un estudiante de posgrado en su laboratorio en el Instituto de Ciencia de Materiales. Foto de Peter Morenus
(PhysOrg.com) - Los investigadores de ingeniería de UConn están desarrollando una nueva familia de materiales para implantes.
Su trabajo en el área candente de la nanotecnología ha generado tres premios de investigación financiados por la NSF para Leon Shaw, profesor del Departamento de Química, Materiales E Ingeniería Biomolecular.
De los tres, uno casa los nanomateriales con la ingeniería biomédica. Junto con Yong Wang, un profesor asistente de química, materiales e ingeniería biomolecular, Shaw trabajará en el desarrollo de un implante ortopédico de titanio / hidroxiapatita diseñado para mejorar la longevidad del implante y reducir la necesidad de una cirugía de revisión. reduciendo así los costes sanitarios a largo plazo y el estrés del paciente.
Actualmente, más de 10 millones de estadounidenses llevan al menos un importante dispositivo médico implantado en sus cuerpos. Debido a su excelente resistencia a la corrosión, fuerza superior, y biocompatibilidad, Las aleaciones de titanio y acero inoxidable son los principales materiales utilizados en la mayoría de los implantes médicos. A pesar de sus ventajas, estas aleaciones también tienen importantes desventajas:en muchos casos, su esperanza de vida es más corta que la de sus usuarios, provocando cirugías de implantes de reemplazo adicionales.
Además, es poco probable que las aleaciones de titanio y acero tengan la estabilidad o el ajuste del tejido original, conduciendo al rechazo del implante. Si bien los implantes disponibles actualmente pueden aliviar el dolor y permitir que los pacientes vivan una vida activa, A menudo hay complicaciones para que el hueso se adhiera a los dispositivos metálicos. Los pequeños espacios entre el hueso natural y el implante pueden expandirse con el tiempo, requiriendo cirugía adicional para reemplazar el implante. Los investigadores recurren cada vez más a la nanotecnología en busca de soluciones.
Para superar los problemas asociados con los implantes metálicos, muchas organizaciones de investigación y empresas comerciales han intentado desarrollar implantes ortopédicos que tienen una superficie bioactiva para promover la adhesión celular y el crecimiento óseo. Se han hecho esfuerzos para crear un ajuste estable que se parezca más al tejido original, eliminando así la necesidad de cirugía adicional para reparar el daño o los huecos.
Los dos métodos más utilizados implican la aplicación de recubrimientos de hidroxiapatita o de titanio poroso a las superficies de los implantes. El problema es que el titanio no es bioactivo, mientras que los recubrimientos de hidroxiapatita podrían deslaminarse durante el uso. Teniendo esto en cuenta, Shaw y Wang han orientado su proyecto hacia el desarrollo de una nueva familia de materiales de implantes porosos con una jerarquía de microestructuras diseñadas. Esta nueva familia de implantes ortopédicos abordará los problemas mediante la aplicación de recubrimientos de hidroxiapatita o de titanio poroso y se fabricará mediante un nuevo método de fabricación de forma libre sólida desarrollado en el laboratorio de Shaw. Este tipo de implantes ortopédicos es el primero de su tipo en emparejar un núcleo rico en titanio y una superficie rica en hidroxiapatita con un nivel controlado de micro y macroporosidad nunca antes producido.
Las otras subvenciones NSF de Shaw también son esfuerzos de colaboración. Shaw se asociará con Kennametal Inc., líder mundial en tecnología de metales duros. Este proyecto tiene como objetivo el desarrollo de métodos de fabricación innovadores que puedan producir materiales novedosos con propiedades mecánicas superiores derivados del polvo nanocristalino. La colaboración garantizará que la investigación sea relevante para la industria de los metales duros y que los resultados se difundan a los usuarios finales.
El tercer proyecto de investigación está en colaboración con Mahmoud Zawrah, un investigador del Centro Nacional de Investigaciones de El Cairo, Egipto. Juntos, están estudiando el procesamiento y la fabricación de compuestos nano-Si3N4 y SiC utilizando el material de desecho de humo de sílice como material de partida. Si tiene éxito, Este proyecto conducirá a avances en la producción de grandes cantidades de polvos nanocompuestos de alta pureza y Si sinterizado (o densificado). 3 norte 4 / Componentes de SiC de humo de sílice en un reproducible, preciso, y moda económica.
