Preskoči na vsebino
Navigacija

Z2-9215 Razvoj biomaterialov z laserskim teksturiranjem kovinskih zlitin (BiomatLasTex)

Vodja projekta: dr. Matej Hočevar

Glavna ideja predlaganega projekta BiomatLasTex, ki temelji na multidisciplinarnem pristopu in uporabi inovativne tehnologije, je razvoj biomaterialov z laserskim teksturiranjem površine kovinskih zlitin. BiomatLasTex temelji na znanstvenem izhodišču, da je z laserjem mogoče kontrolirano preoblikovati površino na mikro in nano nivoju, ter s tem pomembno spremeniti njene lastnosti in njeno funkcionalnost. Lasersko teksturiranje površin predstavlja odlično alternativo ostalim obstoječim tehnologijam, saj je izredno prilagodljiva in enostavna metoda, ki omogoča natančen nadzor nad modificirano površino (topografija, hrapavost, kemija in omočljivost površine), omogoča obdelavo različnih površin ter vpliva le na lastnosti površine materiala. Glavna cilja predlaganega projekta sta: C1 – izboljšanje razumevanja vpliva laserskega teksturiranja v zraku in drugih plinih na lastnosti in spremenjeno funkcionalnost površine; in C2 - izboljšanje razumevanja interakcije med (pametno) površino biomateriala in različnimi biološkimi celicami s posebnim poudarkom na vplivu topografije, kemije in omočljivosti površine. Za dosego obeh ciljev bodo razvite površine testirane in ovrednotene za korozijske lastnosti, lastnosti omočljivosti površine, spremenjeno kemijo površino, spremenjeno topografijo in biorazgradljivost z uporabo naprednih površinskih analitskih in metodoloških tehnik ter bioloških eksperimentov. Pričakovani rezultati BiomatLasTex projekta bodo prispevali k boljšemu razumevanju interakcije laserja s površino in interakcije celic z lasersko modificiranimi površinami. Nova spoznanja bodo pripomogla k izboljšanju postopka laserskega teksturiranja za razvoj pametnih biomaterialov ter obenem predstavljajo obetaven pristop za optimizacijo obstoječega biomateriala.


Upravljanje projekta:

Projekt je financiran s strani ARRS s 1700 letnimi urami cenovnega razreda B za obdobje dveh let (1.7.2018-1.7.2020).

 

Relevantnost in potencialni vpliv rezultatov projekta

Multidisciplinarni pristop in znanstveno sodelovanje sta pomembno prispevala k uspešni izvedbi predlaganega projekta. BiomatLasTex je izboljšal razumevanje laserskega teksturiranja v zraku in v različnih plinih na lastnosti in spremenjeno funkcionalnost površine. Pridobljena spoznanja so izboljšala naše razumevanje interakcije med lasersko modificiranimi površinami in biološkimi sistemi, kar bo pomagalo zmanjšati proizvodne stroške in zdravstvene težave, povezane z uporabo biomaterialov v medicini. Končani projekt ima velik znanstveni potencial, saj ne obstajajo primerljive študije, ki združujejo teksturiranje površine z uporabo nanosekundnega laserja v različnih plinih z raziskovanjem lastnosti in spremenjeno funkcionalnostjo površine. Tehnika modifikacije površin z laserjem predstavlja izjemno prilagodljivo, ponovljivo in čisto tehnologijo za spreminjanje površin, kar dodatno potrjuje pomembnost in raziskovalni potencial ter izjemno uporabnost teme. Nanosekundni laserski sistem omogoča kompaktno, robustno in cenovno sprejemljivo rešitev za teksturiranje površin z izboljšanimi površinskimi lastnostmi in funkcionalnostjo.

Relevantnost in potencialni vpliv rezultatov projekta je velik, saj biomateriali za zdravje sodijo med pomembnejše izzive na področju zdravja in predstavljajo središče evropskih raziskovalnih prizadevanj v prihodnjih letih (program Evropske unije za raziskave in inovacije 2021–2027 Horizon Europe). Poleg tega je Evropska tehnološka platforma za nanomedicino (ETPN) prepoznala velik pomen nanotehnologije v medicini in objavila vrsto strateških dokumentov in načrtov kjer je regenerativna medicina ena izmed treh znanstvenih področij z poudarkom na pametnih biomaterialih ter pametnih nanostrukturiranih in funkcionaliziranih površinah. Pred kratkim je ETPN objavila razpis EuroNanoMed za evropske inovativne raziskave in tehnološki razvojne projekte v nanomedicini. Biomateriali predstavljajo svetovni trg vreden 100 milijard EUR, po različnih ocenah in napovedih, pa bo svetovni trg biomaterialov do leta 2024 dosegel vrednost 200 milijard EUR.

Na nacionalni ravni so pametni materiali za uporabo v biomedicini eden izmed strateških raziskovalnih prioritet v Strateško razvojno-inovacijskem partnerstvu (SRIP) v zdravstvu-medicina, ki predstavlja mrežo ključnih slovenskih interesnih skupin in jo vodi Slovensko središče za inovacije (https://www.sis-egiz.eu/dejavnosti/srip/). Vlada je mrežo podprla kot eno od devetih gospodarskih interesnih področij, specifičnih za posamezno državo, v okviru „regionalne specializacije“; pobuda za celotno EU. Namen pobude je doseči ciljno usmerjen pristop k raziskavam in inovacijam s povečanjem potenciala posameznih evropskih regij, ki temelji na znanju. 

 

ČLANKI:

[1] P. Gregorčič, M. Conradi, L. Hribar, M. Hočevar, Long-Term Influence of Laser-Processing Parameters on (Super)hydrophobicity Development and Stability of Stainless-Steel Surfaces, Materials (Basel). 11 (2018). doi:10.3390/ma11112240. [COBISS.SI-ID 16343835].

[2] M. Može, M. Zupančič, M. Hočevar, I. Golobič, P. Gregorčič, Surface chemistry and morphology transition induced by critical heat flux incipience on laser-textured copper surfaces, Appl. Surf. Sci. 490 (2019) 220–230. doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.06.068. [COBISS.SI-ID 16653083].

[3] M. Petkovšek, M. Hočevar, P. Gregorčič, Surface functionalization by nanosecond-laser texturing for controlling hydrodynamic cavitation dynamics, Ultrason. Sonochem. 67 (2020) 105126. doi.org/10.1016/j.ultsonch.2020.105126. [COBISS.SI-ID 17154075].

[4] M. Hočevar, B. Šetina Batič, M. Godec, V. Kononenko, D. Drobne, P. Gregorčič, The interaction between the osteosarcoma cell and stainless steel surface, modified by high-fluence, nanosecond laser pulses, Surf. Coatings Technol. 394 (2020) 125878. doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125878. [COBISS.SI-ID 14290947].

[5] M. Može, M. Senegačnik, P. Gregorčič, M. Hočevar, M. Zupančič, I. Golobič, Laser-Engineered Microcavity Surfaces with a Nanoscale Superhydrophobic Coating for Extreme Boiling Performance, ACS Appl. Mater. Interfaces. 12 (2020) 24419–24431. doi.org/10.1021/acsami.0c01594. [COBISS.SI-ID 14158851].

OBJAVLJENI ZNANSTVENI PRISPEVEK NA KONFERENCI IN VABLJENA PREDAVANJA:

[1] M. Hočevar, P. Gregorčič, B. Šetina, V. Kononenko, D. Drobne, M. Godec, Mg63 cell adhesion on nanosecond laser textured stainless steel, V: Akademija strojništva 2018: povezovanje in mreženje, 7. mednarodna konferenca strojnih inženirjev 2018, Ljubljana. [COBISS.SI-ID 16358427].

[2] M. Hočevar, P. Gregorčič, B. Šetina, V. Kononenko, D. Drobne, M. Godec, Human osteoblast-like osteosarcoma cell adhesion on nanosecond laser-textured 316L stainless steel surfaces. V: GODEC, Matjaž (ur.), et al. Program in knjiga povzetkov = Program and book of abstracts, 26. Mednarodna konferenca o materialih in tehnologijah, 3.-5. oktober 2018, Portorož, Slovenija = 26th International Conference on Materials and Technology, 3-5 October 2018, Portorož, Slovenia. [COBISS.SI-ID 16285723].

[3] M. Senegačnik, M. Hočevar, B. Šetina, P. Gregorčič, Influence of light polarization on micrometer and submicrometer surface structures induced by laser pulses. V: GODEC, Matjaž (ur.), et al. Program in knjiga povzetkov = Program and book of abstracts, 26. Mednarodna konferenca o materialih in tehnologijah, 3.-5. oktober 2018, Portorož, Slovenija = 26th International Conference on Materials and Technology, 3-5 October 2018, Portorož, Slovenia. [COBISS.SI-ID 16283419].

[4] M. Hočevar, P. Gregorčič, B. Šetina, V. Kononenko, D. Drobne, M. Godec, Behaviour of human osteoblast-like cells on nanosecond laser-textured 316L surfaces. V: GODEC, Matjaž (ur.), et al. Program in knjiga povzetkov = Program and book of abstracts, 27. Mednarodna konferenca o materialih in tehnologijah, 16.-18. oktober 2019, Portorož, Slovenija = 27th International Conference on Materials and Technology, 16-18 October 2019, Portorož, Slovenia. [COBISS.SI-ID 1514922].

[5] M. Senegačnik, M. Hočevar, P. Gregorčič, Influence of processing parameters on characteristics of laser-induced periodic surface structures on steel and titanium, in: Procedia CIRP, 2019. doi.org/10.1016/j.procir.2019.03.018. [COBISS.SI-ID 16679195].

[6] M. Senegačnik, M. Hočevar, B. Šetina, P. Gregorčič, Laser-induced periodic surface structures: characteristics of oxide layer after ns and ps laser texturing. V: GREGORČIČ, Peter (ur.). Book of abstracts, The 9th International LIPSS Workshop 2019, September 26-27, 2019, Ljubljana, Slovenia. Ljubljana: Faculty of Mechanical Engineering. [2019], str. 15, ilustr. [COBISS.SI-ID 16823323].