Le professeur Leon Shaw avec un étudiant diplômé dans son laboratoire à l'Institute of Materials Science. Photo de Peter Morenus
(PhysOrg.com) -- Les chercheurs en ingénierie de l'UConn développent une nouvelle famille de matériaux pour implants.
Son travail dans le domaine brûlant de la nanotechnologie a suscité trois prix de recherche financés par la NSF pour Leon Shaw, professeur au Département de Chimie, Matériaux, &Génie Biomoléculaire.
De l'arbre, on marie nano-matériaux et génie biomédical. Avec Yong Wang, professeur assistant de chimie, matériaux, et génie biomoléculaire, Shaw travaillera au développement d'un implant orthopédique en titane/hydroxyapatite conçu pour améliorer la longévité de l'implant et réduire le besoin de chirurgie de révision, réduisant ainsi les coûts des soins de santé à long terme et le stress des patients.
Plus de 10 millions d'Américains portent actuellement au moins un dispositif médical implanté majeur dans leur corps. En raison de leur excellente résistance à la corrosion, force supérieure, et biocompatibilité, les alliages de titane et d'acier inoxydable sont les principaux matériaux utilisés dans la plupart des implants médicaux. Malgré leurs avantages, ces alliages présentent également des inconvénients majeurs :dans de nombreux cas, leur espérance de vie est plus courte que celle de leurs porteurs, provoquant des chirurgies implantaires de remplacement supplémentaires.
En outre, les alliages de titane et d'acier sont peu susceptibles d'avoir la stabilité ou l'ajustement du tissu d'origine, entraînant le rejet de l'implant. Alors que les implants actuellement disponibles peuvent soulager la douleur et permettre aux patients de mener une vie active, il y a souvent des complications pour que l'os se fixe aux dispositifs métalliques. Les petits écarts entre l'os naturel et l'implant peuvent se dilater avec le temps, nécessitant une intervention chirurgicale supplémentaire pour remplacer l'implant. Les chercheurs se tournent de plus en plus vers les nanotechnologies pour trouver des solutions.
Pour surmonter les problèmes liés aux implants métalliques, de nombreux organismes de recherche et sociétés commerciales ont essayé de développer des implants orthopédiques qui ont une surface bioactive pour favoriser l'adhésion cellulaire et la croissance osseuse. Des efforts ont été faits pour créer un ajustement stable qui ressemble plus au tissu d'origine, éliminant ainsi le besoin d'une intervention chirurgicale supplémentaire pour réparer les dommages ou les lacunes.
Les deux méthodes les plus largement utilisées impliquent l'application de revêtements d'hydroxyapatite ou de titane poreux sur les surfaces des implants. Le problème est que le titane n'est pas bioactif, tandis que les revêtements d'hydroxyapatite pourraient se décoller pendant l'utilisation. Avec ça en tête, Shaw et Wang ont orienté leur projet vers le développement d'une nouvelle famille de matériaux d'implant poreux avec une hiérarchie de microstructures conçues. Cette nouvelle famille d'implants orthopédiques résoudra les problèmes en appliquant des revêtements d'hydroxyapatite ou de titane poreux et sera fabriquée grâce à une nouvelle méthode de fabrication de forme libre solide développée dans le laboratoire de Shaw. Ce type d'implants orthopédiques est le premier du genre à associer un noyau riche en titane et une surface riche en hydroxyapatite avec un niveau contrôlé de micro- et macro-porosité jamais produit auparavant.
Les autres subventions NSF de Shaw sont également des efforts de collaboration. Shaw fera équipe avec Kennametal Inc., un leader mondial de la technologie des métaux durs. Ce projet vise le développement de méthodes de fabrication innovantes pouvant produire de nouveaux matériaux aux propriétés mécaniques supérieures dérivés de poudre nanocristalline. La collaboration garantira que la recherche est pertinente pour l'industrie des métaux durs et que les résultats seront diffusés aux utilisateurs finaux.
Le troisième projet de recherche est en collaboration avec Mahmoud Zawrah, un chercheur du Centre national de recherche du Caire, Egypte. Ensemble, ils étudient le traitement et la fabrication de composites nano-Si3N4 et SiC en utilisant les déchets de fumée de silice comme matériau de départ. En cas de succès, ce projet conduira à des avancées dans la production de grandes quantités de poudres nano-composites de haute pureté et de Si fritté (ou densifié)
