J2-1729 Nova biorazgradljiva Fe-Mn zlitina izdelana z konvencionalnim postopkom in s postopkom dodajnih tehnologij s prilagojeno biorazgradljivostjo

Nova biorazgradljiva Fe-Mn zlitina izdelana z konvencionalnim postopkom in s postopkom dodajnih tehnologij s prilagojeno biorazgradljivostjo

Biorazgradljivi kovinski materiali so bioaktivni materiali z začasno podporno funkcijo, ki se postopoma razgrajujejo brez negativnega vpliva na organizem. Primerni so za uporabo v nosilnih, začasnih medicinskih vsadkih v travmatologiji, ortopediji in za kardiovaskularne pripomočke. V zadnjem desetletju se zanimanje za biorazgradljive materiale močno povečuje.

Potencial biorazgradljivih vsadkov se pripisuje pričakovanju, da bo razgradljiv material zmanjšal dolgoročna tveganja in stranske učinke, kot so kronično vnetje, restenoza stenta ali nezmožnost prilagajanja rastočemu tkivu, ki so običajno povezani s trajnimi vsadki. Poleg tega biorazgradljivi vsadki, še posebej v primeru osteosinteze, odpravljajo potrebo po dodatnih kirurških postopkih in zato bistveno skrajšajo celoten rehabilitacijski čas. Absorbcijski vsadki znatno prispevajo k večji kvaliteti pacientovega življenja, znižujejo stopnjo smrtnosti in zmanjšujejo stroške zdravljenja.

Zlitine na osnovi Fe, kot tretja skupina materialov, izkazujejo odlične mehanske lastnosti, kar jih uvršča med idealne kandidate za aplikacije, kjer je potrebna dolgotrajna podpora, kot npr. žilne opornice za kardiovaskularno podporo. Glavna pomanjkljivost zlitin na osnovi Fe je njihova zelo počasna razgradnja in vitro ter še počasnejša in vivo. Vendar, če bi bila njihova biorazgradljivost izboljšana, bi postale zelo zanimive za aplikacije v travmatologiji

Cilj 1: Razvoj novih Fe-Mn zlitin s konvencionalnimi metalurškimi postopki. Razgradljivost in optimalne mehanske lastnosti bomo prilagodili na naslednje tri načine: 

• Z uporabo legirnih elementov, kot so C, P, S, Cu, Pd in ostalih, ki bodo vplivali na korozijo s segregacijo na meje zrn ali z nastankom področij z drugačnim redoks potencialom. 
• Z inženiringom mej zrn povečati meje zrn, da so manj korozijsko odporne in hkrati zmanjšati število mej zrn ugodnih za korozijsko odpornost. To bomo dosegli z izpostavitvijo jekla skrajni deformaciji, kjer se akumulira mnogo dislokacij, čemur sledi daljša nizko-temperaturna toplotna obdelava za dosego rekristalizacije, kjer je večina mej zrn nekoherentnih. 
• Z laserskim teksturiranjem površin, kjer interakcija med laserskim žarčenjem in kovinsko površino običajno rezultira v superomnifilnosti – kot posledica laserske ablacije, ki inducira mikrozareze in nanostrukturirane kovinske okside. 

Cilj 2: Razvoj postopka dodajne tehnologije (AM) za Fe-Mn zlitine. Pripravili bomo prahove iz Fe-Mn zlitin po konvencionalni metalurški poti z vodno in plinsko atomizacijo. Vzorci bodo izdelani s selektivnim laserskim taljenjem (SLM). Izdelani vzorci bodo služili študiju mikrostrukture in preizkušanju mehanskih lastnosti. Ponovno bodo uporabljeni trije različni načini za povečanje stopnje razgradljivosti: 

• Z izbiro ustreznih procesnih parametrov SLM postopka bo nastala hierarhična struktura s želenimi mehanskimi lastnostmi in z zmanjšano korozijsko odpornostjo. Raziskali bomo možnosti nastanka dislokacijske sub-struktur z visoko kemijsko segregacijo. 
• Z mešanjem različnih nanodelcev v Fe-Mn prahove bomo izboljšali korozijski parametre zlitine z izkoriščanjem njihovih različnih redoks potencialov. Ag prah bomo dodali za dosego antibakterijskih lastnosti. 
• AM tehnologija na tudi omogoča povečanje izpostavljene površine, kar vodi do odlične regeneracije kosti-tkiva. S »povečanjem površine« mislimo spremembo povšinske topografije, kot tudi izdelavo 3D objekta s porozno strukturo.