Wirtualne protezy tytanowe
Powszechnie stosowanymi w protetyce materiałami są metale. Jednakże stapianie i przetwarzanie stosowane w celu osiągnięcia żądanych właściwości mechanicznych często powodują problemy z biokompatybilnością w tkankach. Obiecującą alternatywą jest wprowadzenie nanomateriałów łączących wytrzymałość, biokompatybilność i łatwość obróbki. Badania nanostruktur tytanu i jego stopów są wciąż słabo rozwinięte. Eksperymenty z wykorzystaniem kultur komórkowych, testy mechaniczne oraz in vivo są drogie, czasochłonne i wymagają obszernych badań prowadzonych na zwierzętach. Zastąpienie tych metod przez dokładne modele prognostyczne zapewni radykalne przyspieszenie rozwoju gospodarczego. Naukowcy zaangażowani w realizację finansowanego ze środków UE projektu VINAT opracowali wieloskalowe środowisko modelowania wirtualnego. Zespół łączy opisy na poziomach atomowych, krystalicznych oraz ziarna/mikrostruktury dzięki zastosowaniu zaawansowanych metod obliczeniowych. Środowisko wirtualne umożliwia analizowanie właściwości, wytrzymałości i biokompatybilności nanostrukturalnych i ultradrobnych materiałów tytanowych przeznaczonych do implantów medycznych. Badacze skupili wysiłki na trzech rodzajach materiałów tytanowych — czystym tytanie, stopach tytanowo-niobowych oraz superelastycznych stopach tytanowo-niklowych (Ti-Ni) z pamięcią kształtu. Stopy z pamięcią kształtu to nowa klasa metali, które "zapamiętują" swój kształt. Stopy Ti–Ni jawią się jako najbardziej obiecujące, np. w leczeniu korzeni i koron zębów, podczas gdy nanotytan wydaje się być doskonałym materiałem na implanty. Dzięki połączeniu modelowania oraz prac doświadczalnych uczeni opracowali i przetestowali nowy wytrzymały implant o małej średnicy z ultradrobnego tytanu. Implant o średnicy 4 mm wytrzymuje takie samo obciążenie co wcześniej stosowany implant o średnicy 7 mm, co ułatwia przeprowadzanie zabiegów chirurgicznych nawet w trudno dostępnych miejscach i pozwala zminimalizować ingerencję w ciało pacjenta. Naukowcy opracowali także nowy proces wytwarzania materiałów. Oczekuje się, że wyniki projektu VINAT w znacznym stopniu poprawią jakość życia starzejącej się populacji UE przez przyspieszenie procesu rozwoju protez tytanowych. Opracowany pakiet do modelowania wieloskalowego, obejmujący wirtualne testowanie mechaniczne i testy biokompatybilności zminimalizuje potrzeby w zakresie testów in vitro i in vivo. To z kolei zwiększy konkurencyjność europejskich małych i średnich przedsiębiorstw działających w tym obszarze.
Słowa kluczowe
Tytan, protetyka, biokompatybilność, nanomateriały, środowisko wirtualne
