(PhysOrg.com) -- UConns ingenjörsforskare utvecklar en ny familj av implantatmaterial.

Hans arbete inom det glödheta området nanoteknik har utlöst tre NSF-finansierade forskningspriser för Leon Shaw, professor vid kemiska institutionen, Material, &Biomolekylär teknik.

Av dom tre, man kombinerar nanomaterial med biomedicinsk teknik. Tillsammans med Yong Wang, en biträdande professor i kemi, material, och biomolekylär teknik, Shaw kommer att arbeta med att utveckla ett ortopediskt implantat av titan/hydroxiapatit avsett att förbättra implantatets livslängd och minska behovet av revisionsoperationer, vilket minskar långsiktiga sjukvårdskostnader och patientstress.

Över 10 miljoner amerikaner har för närvarande minst en större implanterad medicinsk utrustning i sina kroppar. På grund av deras utmärkta korrosionsbeständighet, överlägsen styrka, och biokompatibilitet, titan och rostfria stållegeringar är de huvudsakliga materialen som används i de flesta medicinska implantat. Trots sina fördelar, dessa legeringar har också stora nackdelar:i många fall deras förväntade livslängd är kortare än deras bärares, vilket föranleder ytterligare ersättningsoperationer för implantat.

Dessutom, titan och stållegeringar kommer sannolikt inte att ha samma stabilitet eller passform som den ursprungliga vävnaden, leder till avstötning av implantatet. Medan för närvarande tillgängliga implantat kan lindra smärta och tillåta patienter att leva ett aktivt liv, det finns ofta komplikationer att få ben att fästa på metallanordningarna. Små luckor mellan naturligt ben och implantatet kan expandera med tiden, kräver ytterligare operation för att ersätta implantatet. Forskare vänder sig alltmer till nanoteknik för lösningar.

För att övervinna problemen i samband med metallimplantat, många forskningsorganisationer och kommersiella företag har försökt utveckla ortopediska implantat som har en bioaktiv yta för att främja cellulär vidhäftning och beninväxt. Ansträngningar har gjorts för att skapa en stabil passform som mer liknar den ursprungliga vävnaden, vilket eliminerar behovet av ytterligare operation för att reparera skadorna eller luckorna.

De två mest använda metoderna involverar applicering av antingen hydroxiapatit eller porösa titanbeläggningar på implantatytor. Problemet är att titan inte är bioaktivt, medan hydroxiapatitbeläggningar kan delamineras under användning. Med detta i åtanke, Shaw och Wang har inriktat sitt projekt på utvecklingen av en ny familj av funktionellt graderade, porösa implantatmaterial med en hierarki av konstruerade mikrostrukturer. Denna nya familj av ortopediska implantat kommer att lösa problemen genom att applicera antingen hydroxiapatit eller porösa titanbeläggningar och kommer att tillverkas genom en ny tillverkningsmetod för solid friform som utvecklats i Shaws laboratorium. Denna typ av ortopediska implantat är det första i sitt slag som kopplar en titanrik kärna och en hydroxiapatitrik yta med en kontrollerad nivå av mikro- och makroporositet som aldrig producerats tidigare.

Shaws andra NSF -bidrag är också samarbetsinsatser. Shaw kommer att samarbeta med Kennametal Inc., en global ledare inom hårdmetallteknik. Detta projekt syftar till att utveckla innovativa tillverkningsmetoder som kan producera nya material med överlägsna mekaniska egenskaper som härrör från nanokristallint pulver. Samarbetet ska säkerställa att forskningen är relevant för hårdmetallindustrin och att resultaten kommer att spridas till slutanvändarna.

Det tredje forskningsprojektet är i samarbete med Mahmoud Zawrah, en forskare från National Research Center i Kairo, Egypten. Tillsammans, de tittar på bearbetning och tillverkning av nano-Si3N4 och SiC-kompositer med avfallsmaterialet kiseldioxid som utgångsmaterial. Om det lyckas, detta projekt kommer att leda till framsteg i produktionen av stora mängder nanokompositpulver av hög renhet och sintrad (eller förtätad) Si ₃ N ₄ /SiC-komponenter från kiseldioxidrök i en reproducerbar, exakt, och ekonomiskt mode.