Doktoranci:

Mgr inż. Paulina Indyka

Mgr inż. Katarzyna Maksymow

Mgr Agnieszka Bigos

Mgr inż. Michał Spisak

TEMATYKA PRACOWNI w realizacji

„Funkcjonalne biomateriały z powłokami o właściwościach specjalnych dla (a) systemów krążenia, (b) implantów kostnych"   

Dalszy rozwój implantów medycznych łączy się z postępem w inżynierii materiałowej, która znajduje coraz szersze zastosowanie w inżynierii biomedycznej. Działalność związana jest wytwarzaniem materiałów o podwyższonej biozgodności z wykorzystaniem nowoczesnych technologii zwłaszcza inżynierii powierzchni. W IMIM PAN proce realizowane są w aspekcie wykorzystania technologii materiałowych w wytwarzania funkcjonalnych biomateriałów do kontaktu z krwią oraz implantów kostnych opartych o struktury porowate. Adhezja i aktywacja komórek do powierzchni materiałów o przeznaczeniu na implanty medyczne jest bardzo istotnym zagadnieniem. Parametry strukturalne wytworzonej powłoki kontaktowej istotnie wpływają na interakcję biomateriału z tkanką łączną.

a) Nanoskalowa funkcjonalizacja powierzchni biomateriałów dla biomedycznych systemów krążenia

Powłoki biomateriałów mają zasadniczy wpływ na proliferację komórkową. Celem planowanych badań jest modyfikacja powierzchni prowadząca do obniżenia trombogenności materiałów przewidzianych do kontaktu z krwią. Planowane jest zaprojektowanie i wykonanie rusztowań komórkowych o zachowaniu bio-neutralnym w kontakcie z tkanką. Realizowane będą badania materiałów porowatych o odpowiednio dobranym zespole właściwości mikrostrukturalnych i mechanicznych determinujących optymalizację właściwości bio-medycznych. Praca dotyczyć będzie opracowania technologii wytworzenia nowej generacji materiałów na przewody w kształcie rurowym, o zmodyfikowanej antyskrzeplinowej powierzchni wewnętrznej przeznaczonych, do wymuszonego przepływu krwi. Głównym celem jest zmodyfikowanie wewnętrznej powierzchni przewodów polimerowych przeznaczonych do terapii układu krążenia (kaniule, konektory, dreny sterujące). Wewnętrzna powierzchnia elementów rurowych zostanie pokryta powłokami, które  będą zapobiegały wykrzepianiu lub stymulowały zachodzenie procesów naturalnych w naczyniach, czyli powstanie naturalnej powłoki z komórek endoterialnych zwiększającej biozgodność implantu. Do modyfikacji powierzchni planuje się użycie materiałów warstwowych na bazie węgla, tytanu oraz biopolimerów. Komórkowo-polimerowa struktura imitować będzie struktury natywne, a przez to może być wykorzystywana jako proteza naczynia krwionośnego. Architektura układu powłok określana jako „warstwa po warstwie" prowadzi do układu wielowarstwowego, który znajduje szerokie zastosowanie. Osadzanie tego typu powłok polega na sekwencyjnej adsorpcji dwóch materiałów, które oddziałują ze sobą poprzez różne typy wewnątrz-molekularnych reakcji takich jak oddziaływania elektrostatyczne i wiązania wodorowe. Podłoże jest poddawane naprzemiennej obróbce przeciwnie naładowanych polielektrolitów. Każdy etap osadzania prowadzi do spontanicznej adsorpcji materiału i przyczepiania za pośrednictwem oddziaływań elektrostatycznych. Tego typu obróbka prowadzi do powstania powłok umożliwiających dokowanie białek. Stanowi to znaczne ułatwienie dla konstruktorów implantów, gdyż pozwala na zastosowanie w pełni porowatej struktury w miejscach, gdzie jest to trudne lub niemożliwe Założeniem prowadzonych prac będzie uzyskanie informacji wpływu powierzchni modyfikowanego materiału na przeżywalność, które w późniejszych etapach zostaną wykorzystane do wykonania analogów tkankowych.   

b) Funkcjonalizacja powierzchni porowatych bio-materiałów na bazie HAp przewidzianych na implanty kostne

Prowadzone będą badania wpływu funkcjonalizacji powierzchni porowatych bio-materiałów na bazie HAp na właściwości bio-medyczne; proliferację komórek  osteoblastów. Planowana jest optymalizacja parametrów wytwarzania półfabrykatów HAp, w celu uzyskania zróżnicowania stopnia rozwinięcia powierzchni. Materiałowi hydroksyapatytowemu nadawana będzie postać, w jakiej może on znaleźć zastosowanie w lecznictwie, tj.  implantów zwartych (gęsta ceramika hydroksyapatytowa) oraz wszczepów szkieletowych (porowata ceramika hydroksyapatytowa). Morfologia badanych implantów będzie charakteryzowana pod kątem jej wpływu na biozgodność materiału w warunkach in vitro. Zakres prowadzonych badań biologicznych obejmie hodowlę stabilnych linii komórkowych typu osteoblastów na powierzchni badanych materiałów oraz badania inkubacyjne w środowisku symulującym płyny ustrojowe (SBF). Uzyskane materiały poddane zostaną diagnostyce mikrostruktury i właściwości fizyko-chemicznych oraz badaniom biozgodności. Oczekuje się, że badania pozwolą na wytworzenie implantów kostnych wykazujących zarówno dobre właściwości mechaniczne jak i biozgodność i bioaktywność.

Inne tematy realizowane w Pracowni:

• Powłoki antykorozyjne uzyskiwane metodą elektrochemiczną ( dr hab. Ewa Bełtowska-Lehman, Prof.PAN)

• Topografia naprężeń własnych w stali (dr inż. Anna Góral)

• Właściwości termodynamiczne faz międzymetalicznych (dr hab.inż.Władysław Gasior Prof.PAN; mgr inż.Adam Dębski)

Projekty badawcze w realizacji:

• KMM-VIN Project FP7 MATTRANS, Materials for Transportations (2009-2012)

• Międzynarodowy projekt badawczy  ERA-NET MNT/FP6, partner Austria/ „Nanostrukturalne materiały dla biomedycznych systemów układu krążenia (CardioBioMat) na lata 2009-2012

Wykonane w ostatnich latach projekty badawcze

Projekt nr 7 0254 91 01 „Laserowa modyfikacja struktury tworzyw metalowych oraz zastosowanie lasera do uszlachetniania powierzchni i łączenia wybranych stopów"- główny wykonawca (1.10.1991- 31.12.1993)

7 TO8C O45 2O (główny wykonawca) „Kształtowanie właściwości dwufazowych stopów tytanu poprzez technologie multipleksowe (2001-2003)

7 TO8A  O37 21 (kier.projektu - promotorskiego) „Modyfikacja struktury i właściwości stali szybkotnących poprzez konwencjonalną i laserową obróbkę cieplną" (2001-2003)

7 TO8C 034 22 (kier.projektu - promotorskiego) „Wpływ warunków wytwarzania azotku tytanu na mikrostrukturę i właściwości warstwy wierzchniej w stopach Ti-Al." (2002-2003) (bez wynagrodzenia - nie)

4 TO8C 02823 (kier.projektu) "Nanokrystaliczne powłoki tribologiczne nowej generacji wytwarzane na drodze ablacji i osadzania laserem impulsowym (2002-2005)

PBZ -KBN-082/TO8/2002 (kier.zadania) „Nowe materiały i technologie dla inżynierii biomedycznej", oferta 11 „Opracowanie technologii wytwarzania implantów na bazie tytanu na drodze tłoczenia z końcową modyfikującą nowoczesną obróbka powierzchniową" (2003-2005)

PBZ-KBN-100/TO8/2003 (kierownik i koordynator projektu, kier.zadania) „Projektowanie i wytwarzanie funkcjonalnych materiałów gradientowych" część projektu: Opracowanie podstaw teoretycznych i technologii wytwarzania powłok gradientowych na stopach metali z wykorzystaniem wysokoenergetycznych technologii laserowych, jarzeniowych i prądowych' (2004-2007)

KMM-NoE Project FP6 (koordynator i realizator sub-task DNRT 3-5 Knowledge-based Multicomponent materials for Durable and Safe Performance; "Stress  related effects" (2004-2008)

KMM-VIN Project FP 7  MATRANS (sub-task leader), Materials for Transportation (2009-2011)

STRATEGICZNY PROJEKT BADAWCZY (kierownik zadania PO1-pakiet) zgodny z programem wieloletnim na lata 2007-2011 pt.: „Polskie Sztuczne Serce"ustanowionym Uchwałą Nr 29/2007 RADY MINISTRÓW z dnia 6 marca 2007 r.

PBZ-MNiSW -03/I/2007 (kierownik zadania 4.6) Opracowanie technologii wytwarzania elementów konstrukcyjnych części gorącej silników lotniczych metodą krystalizacji kierunkowej (2007-2011)

Międzynarodowy Projekt Badawczy ERA-NET MNT /FP6, partner Austria/ „Nanostrukturalne materiały dla biomedycznych systemów układu krążenia (CardioBioMat) na lata 2009-2012; Koordynator projektu i relizator zadania

Publikacje w ostatnich latach:

In Materials Surface Processing by Directed Energy Techniques, Chapter 7, Laser Processing for Surface Modification by Remelting and Alloying of Metallic Systems, Edited by Yves Pauleau, Elsevier, B.Major (2006)241-27, monograph

Surface and Coating Technology, Elsevier, Ł. Major, J. Morgiel, J. M. Lackner, W. Waldhauser, R. Ebner, L. C. Nistor, G. van Tandeloo, B. Major, Crystallographic aspects related to advanced tribological multilayers of Cr/CrN, Ti/TiN produced by pulsed laser deposition (PLD), 200(2006) 6190-6195

Surface and Coating Technology, Elsevier, W.Mróz, R.Kosydar, M.Jelinek, T.Kocourek, B.Major Phase formation and microstructure of boron nitride thin layers deposited using Nd:YAG and KrF lasers, 200(2006) 6438-6443

Surf.Coating Technol., Elsevier, R.Major, J.Bonarski, J.Morgiel, B.Major, E.Czarnowska, R.Kustosz, J.M.Lackner, W.Waldhauser
Elastic TiN coatings deposited on polyurethane by pulsed laser, 200(2006) 6340-6345

Surf.Coating Technol. Elsevier, J.M.Lackner, W.Waldhauser, B.Major, J.Morgiel, L.Major, H.Takahasi, T.Shibayama, Growth structure and growth defects in pulsed laser deposited Cr-CrN_x-CrC_xN_1-x multilayer coatings, 200(2006) 3644-3649

Bull.Pol.Ac.Tech., R.Ebner, J.M.Lackner, W.Waldhauser, R.Major, E.Czarnowska, R.Kustosz, P.Lacki, and B.Major, Biocompatibile TiN-based novel nanocrystalline films, 54(2)(2006)167-173

Bull.Pol.Ac.Tech., J.M.Lackner, W.Waldhauser, Ł.Major, J.Morgiel, M.Kot and B.Major, Nanocrystalline Cr/CrN and Ti/TiN multilayer coatings produced by pulsed laser deposition at room temperature, 54(2)(2006)175-180

Bull.Pol.Ac.Tech., B.Major, W.Mróz, M.Jelinek, R.Kosydar, M.Kot, Ł.Major, S.Burdyńska, R.Kustosz, BN-based nano-composites obtained by pulsed laser deposition, 54(2)(2006)181-189

Bull.Pol.Ac.Tech., R.Major, P.Lacki, J.M.Lackner, B.Major, Modelling of nanoidentation to simulate thin layer behavior, 54(2)(2006)189-198

Research Signpost (monograph), J.M.Lackner, W.Waldhauser, Ł.Major, J.Morgiel, M.Kot S.Zimowski and B.Major,  Nanocrystalline tribological functionally gradient multilayers in Cr/CrN and Ti/TiN systems, (2006)403-414

Research Signpost (monograph), B.Major, W.Mróz, M.Jelinek, R.Kosydar, T.Kocourek, Ł.Major, R.Kustosz, BN-based nano-composites produced by laser ablation, (2006)309-319

Research Signpost (monograph), Nanocrystalline biocompatibile TiN-based thin layers produced by pulsed laser deposition on polymer substrate, B.Major, R,Ebner, J.M.Lackner, W.Waldhauser, E.Czarnowska, R.Kustosz, R.Majo, (2006)387-401

Inżynieria Materiałowa, W.Mróz, J.Kasperczyk, M.Jelinek, T.Kocourek, S.Burdyńska, A.Janus, B.Major, Powłoki polimerowe uzyskiwane z wykorzystaniem ablacji laserowej w warunkach kriogenicznych metodą MAPLE, 5(153)(2006)1151-1158

Inżynieria Materiałowa, R.Kosydar, M.Kot, S.Zimowski,,W.Mróz, B.Major, Struktura i właściwości tribologiczne warstw na bazie azotku boru osadzonych laserem impulsowym na podłożu polimerowym i metalicznym, 5(153)(2006)1083-1088

Inżynieria Materiałowa, R.Major, P.Lacki, J.M.Lackner, B.Major, Modelowanie i weryfikacja strukturalna cienkich warstw na bazie azotku tytanu uzyskanych na podłożu polimerowym laserem impulsowym, 5(153)(2006)1118-1120

Rudy i Metale Nieżelazne, W.Muzykiewicz, A.Rękas, R.Major, B.Major, R.Kustosz, Tłoczenie elementów komory sztucznego serca z blachy tytanowej, R-51,4(2006)212-218

Inżynieria Materiałowa, B.Major, Wielowarstwowe nanokrystaliczne materiały tribologiczne nowej generacji uzyskiwane laserem impulsowym, 3(151)(2006)486-489

Materiały Konferencji Sympozjum Techniki Laserowej STL 8, REFERATY, B.Major, R.Major, J.M.Lackner, Wykorzystanie ablacji laserowej do wytwarzania nanokrystalicznych wielowarstwowych powłok do zastosowań biomedycznych i tribologicznych, Szczecin-Świnoujście (2006)323-337

Research in Polish Metallurgy at the beginning of XXI CenturyCommittee of Metallurgy of the Polish Academy of Sciences,
Publishing Home „Akapit", B.Major, J.M.Lackner, W.Waldhauser, J.Morgiel, J.Bonarski, R.Major, Ł.Major, R.Kosydar, R.Kustosz, W.Mróz, P.Lacki, Nanocrystalline Advanced Coatings Produced on Metallic and Non-metallic Substrates by Pulsed Laser for Medical and Tribological Applications, Kraków (2006)432-452

Proc.SPIE - The International Society for Optical Engineering, B.Major, R.Major, J.M.Lackner, W.Waldhauser, Using of laser ablation to fabrication nanocrystalline multilayer coatings for biomedical and tribological applications, SPIE 6598 art No 659807 (2007)

Plasma Processes and Polymers, J.M.Lackner, W.Waldhauser, M.Berghauser, D.Hufnagel, R.Major, L.Major, B.Major, Growth Morphology, Adhesion and Mechanical Properties of Room-Temperature Pulsed Laser Deposition Cr-CrN Multilayer Coating
Wiley- VCH Verlag GmbH, Wiley InterScience 4(2007)51-54

Advances in Materials Science, 7 (2007) 37-49, J.M.Lackner, W.Waldhauser, R.Berghauser, B.Major, R.Major, Ł.Major, Emerging Technologies for Deposition of High Adhesive Ti-based Coatings at Room Temperature

Polska Akademia Umiejętności -Wydawnictwo; Prace Komisji Nauk Technicznych PAU tom II (2007) 135-155, B.Major,  Laserowa ablacja i osadzanie mono- i wilowarstw laserem impulsowym,

Bull.Pol.Ac.Ser.Techn. 56(2008)223-228, R.Major, F.Bruckert, J.M.Lackner, W.Waldhauser,M.Pietrzyk,B.Major,  Kinetics of eucariote cells adhesion under shear flow detachment on the PLD deposited surfaces

Bull.Pol.Ac.Ser.Techn. 56(2008)217-221, R.Kosydar, J.T.Bonarski, M.Kot, S.Zimowski, M.Ferraris, M.Salvo, B.Major,  Boron nitride/titanium nitride laminar lubricating coating deposited by pulsed laser ablation on polymer membranes, Arch.Metal.and Mater. 53(2008)39-48

(SOTAMA 2007), B.Major, F.Bruckert, J.M.Lackner, R.Ebner, R.Kustosz, P.Lacki, Coating on TiN and Ti(C,N) basis for biomedical application to blood contact and TiN/CrN multilayered tribological systems produced by pulsed laser deposition, Advances Engineering Materials

(EUROMAT 2007) C51-261 oral, R.Major, F.Bruckert, J.M.Lackner, J.Morgiel, P.Lacki,  B.Major, Hybrid Pulsed Laser Deposition and Diagnostics of Gradient TiN and TiCN Coatings for Biomedical Applications, Advances Engineering Materials 7(2008)617-621  Viley-VCH

(EUROMAT 2007)C51-260, L.Major, J.Morgiel, J.M.Lackner, M.Kot, M.Szczerba and B.Major, Microstructure design and tribological properties of Ti/TiN, Cr/CrN and TiN/CrN multilayer films

Advances in Materials Science,7(2007)63-70, B.Major, R.Major, F.Bruckert, J.M.Lackner, R.Ebner, R.Kustosz, P.Lacki,
New Gradient Coatings on TiN and Ti(C,N) Basis for Biomedical Application to Blood Contact

Inż.Materiałowa 157-158 (2007)672-676 Ł.Major,J.Morgiel,J.M.Lackner,M.Kot,M.Szczerba,B.Major, Optimization of Ti-Cr-N multilayer wear resistance coatings through microstructure control

Society of Vacuum Coaters,505/857-7188(2007) 74-77, J.M.Lackner, W.Waldhauser, R.Berghauser, M.Kahn, F.Bruckert, R.Major, B.Major, Detachment Kinetics of Eukaryote Cells from Biocompatibile PVD Coatings; 50th Annual Technical Conference Proceedings (2007) ISSN 07375921

Arch.Metallurgy and Materials 53(2008)253-257 ( SOTAMA 2007), M.J.Szczerba, J.Żukrowski, M.S.Szczerba, B.Major, An investigation of Ni-Mn-Ga Single Crystals Compressed at Room Temperature

Prace Szkoły Inżynierii Materiałowej pod red. Prof.J.Pacyny Krynica(2008)333-337, M.J.Szczerba, J.Przewoźnik,J.Żukrowski, Cz.Kapusta, M.S.Szczerba, B.Major, Wpływ wysokotemperaturowego odkształcenia plastycznego na własności magnetyczne monokryształów Ni₂MnGa

XXXVI Szkoła Inż.Materiałowej  Kraków-Krynica 23-26.09.2008, B.Major /wykład na zaproszenia/ Nauki materiałowe łączące inżynierię i medycynę

Inżynieria Materiałowa,1(2008)47-49, B.Major, E.Bełtowska-Lehman, Projektowanie i wytwarzanie funkcjonalnych materiałów gradientowych; PBZ-KBN-100/TO8/2003

Inżynieria Materiałowa, 6(2008)552-555, Konf.Inżynieria Powierzchni INPO2008 Wisła-Jawornik-Referat plenarny, Ł.Major,  J.M.Lackner, J.Morgiel, M.Kot, B.Major,  Microstructure and its defect analysis of titanium nitride and chromium nitride multilayer tribological systems;

Annual Report 2008; Polish Academy of Sciences, Warsaw,46-47, B.Major, Nanostructural materials for cardiovascular biomedical devices

Euromat 2009 /E21, Glasgow FEMS, R.Major, F.Bruckert, J.M.Lackner, P.Wilczek, P.Lacki, W.Waldhauser, B.Major, Relationship between surface morphology and biological cells adhesion in hydrodynamic conditions

Euromat 2009 /B16, Glasgow FEMS, L.Major,J.Morgiel, J.M.Lackner, W.Waldhauser, M.Kot and B.Major, Wear mechanism during ball-on-disc test of Ti/TiN composite multi-layer systems produced by hybrid PLD

Inż.Mater.5(171)(2009)356-358, R.Major, F.Bruckert, J.M.Lackner, R.Ebner, R.Kustosz, P.Lacki, B.Major,  Nanostrukturalne powłoki na bazie tytanu do kontaktu z krwią; diagnostyka strukturalna, adhezja komórek w warunkach hydrodynamicznych

Szczecin(2009)26-27 Abstrakty STL9, Łukasz Major, Jürgen M.Lackner, Jerzy Morgiel, Marcin Kot, Wolfgang Waldhauser, Bogusław Major, Wielowarstwowe powłoki tribologiczne wytwarzane z wykorzystaniem ablacji laserowej;mikrostruktura i jej defekty

Nowe Materiały 2009, Streszczenie (2009) 86-87, Szczecin/ Politechnika Szczecińska, L.Major,J.Morgiel, J.M.Lackner, W.Waldhauser, M.Kot , B.Major, Nowe tribologiczne powłoki wielowarstwowe typu Ti/TiN; Cr/CrN - mechanizm zużycia w próbie „ball-on-disc"

Arch.of Metal.and Materials 53(2008)979-984, A.Góral, J.Deda, E.Bełtowska-Lehman, B.Major, Analysis of Strengths, Weaknesses, Opportunities and Threats (SWOT) and Prerequisite Tree (PT) for Selected Technologies of Coating and Layer Production

PATENT PL 200599, Sposób wytwarzania ochronnych kompozytowych warstw powierzchniowych na stopach tytanu na implanty kostne, Twórcy: Tadeusz WIERZCHOŃ; Bogusław MAJOR; Waldemat MRÓZ; Elżbieta CZARNOWSKA; Jerzy Robert STOBIECKI

Arch.Metal.,and Materials 34(2009)439-447, M.J.Szczerba, J.Przewoźnik, J.Żukrowski, Cz.Kapusta, M.S.Szczerba, B.Major, The influence of high temperature plastic deformation on magnetic properties of Ni₂MnGa type single crystals

Vacuum 83(2009)302-307,  J.M.Lackner, W.Waldhauser, M.Schwarz, L.Mahoney, L.Major, B.Major, Polymer pre-treatment by linear anode layer source plasma for adhesion improvement of sputtered TiN coatings

Bull.Pol.Ac.Ser.Techn.(2010) in press AMT2010 - invited lecture, J.M.Lackner, W.Waldhauser, A.Alamanou, Chr.Teichert, F.Schmied, L.Major, B.Major, Mechanisms for self-assembling topography formation in low-temperature vacuum deposition of inorganic coatings on polymer surfaces

Bull.Pol.Ac.Ser.Techn.(2010) in press AMT201, J.Sarna, R.Kustosz, R.Major, J.M.Lackner, B.Major, Polish Artificial Heart - material, technology, diagnostics

Inż.Materiałowa 175(2010)614-617, AMT2010, Boguslaw Major, Krzysztof Kubiak , Jan Bonarski, Maciej Szczerba, Łukasz Major, Anna Góral, A.Rakowska, Directionally solidified CMSX-4 Nickel Based Superalloys; Microstructure, Orientation, Residual Stress, Microanalysis

Inż.Materiałowa 175(2010)280-283, AMT2010, M.J.Szczerba, B.Major, M.S.Szczerba, A note on the kink bands in compressed Ni2MnGa single crystals

Polish Metallurgy 2006-2010 in Time of the Worldwide Economic Crisis (2010) 455-472;

Committee of Metallurgy of the Polish Academy of Sciences; Editor K.Świątkowski; Łukasz Major, Marcin Kot, Juergen M.Lackner, Bogusław Major, Tribological Coatings on the Basis of Multilayer Systems

Bentham e-BOOK  (2011) (in realization), B.Major, R.Major, Tailoring of Tissue-Surface Interaction in Blood Contacting Materials

In Tech - Open Access Publisher (in realization 2011), Boguslaw Major, Roman Major, Juergen M.Lackner, Wolfgang Waldhauser, Marek Sanak, Bogdan Jakiela, Jan Marczak, Marek Kowalczuk, Michal Sobota, Functional Blood Contacting Materials Fabrication and Diagnostics

Patenty:

P 371147 „Pompa krwi, zwłaszcza pneumatyczna komora wspomagania serca" Zgłoszenie: Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Zabrze; Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH, Graz AT

EP 1 912 687 B1 „Blond Pump in particular heart assist device" Foundation for Cardiac Surgery Development Zabrze, Institute of Metallurgy and Materiale Scence PAS Cracow, JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH, Graz/Leoben

 P 366528 „Sposób wytwarzania ochronnych kompozytowych warstw powierzchniowych na stopach tytanu na implanty kostne"; Zgłoszone na rzecz Politechniki Warszawskiej; Twórcy: T.Wierzchoń, B.Major, W.Mróz, E.Czarnowska, J.R.Sobiecki

PRACE DOKTORSKIE w realizacji:

• Doktorant: mgr inż. Katarzyna Maksymow, Promotor: prof. dr hab. inż. Bogusław Major

Temat : Nanostrukturalne materiały dla biomedycznych systemów układu krążenia

Cel: Zmodyfikowanie wewnętrznej powierzchni przewodów polimerowych przeznaczonych do terapii układu krążenia (kaniule, konektory, dreny sterujące).

Praca dotyczyć będzie opracowania technologii wytworzenia nowej generacji materiałów na przewody w kształcie rurowym, o zmodyfikowanej antyskrzeplinowej powierzchni wewnętrznej przeznaczonych, do wymuszonego przepływu krwi. Głównym celem jest zmodyfikowanie wewnętrznej powierzchni przewodów polimerowych przeznaczonych do terapii układu krążenia (kaniule, konektory, dreny sterujące). Wewnętrzna powierzchnia elementów rurowych zostanie pokryta powłokami, które będą zapobiegały wykrzepianiu lub stymulowały zachodzenie procesów naturalnych w naczyniach, czyli powstanie naturalnej powłoki z komórek endoterialnych zwiększającej biozgodność implantu. Do modyfikacji powierzchni planuje się użycie materiałów warstwowych na bazie węgla, tytanu oraz biopolimerów. Aktualnie podobne elementy są stosowane klinicznie, powierzchnia ich jest modyfikowana lekiem przeciwzakrzepowym- heparyną. Jednak w obecnie stosowanych implantach istnieje ryzyko wystąpienia krwotoków. Dlatego jednym z proponowanych rozwiązań będzie wytworzenie powłoki o zachowaniu bio-neutralnym w kontakcie z tkanką. Aktualnie na rynku nie ma wprowadzonego żadnego innego produktu o podobnych właściwościach.

Program badań obejmować będzie: (i) zaplanowanie i wytworzenie materiałów powłokowych na elementy implantu naczyniowego; (ii) inżynierię materiałową powłoki oraz wykonanie badań biokinetycznych i badań wstępnych na koloniach komórkowych, a zadaniem jest szybkie i efektywne uzyskiwanie informacji o nieprawidłowościach wykonanych prac, co pozwoli łatwo zoptymalizować parametry materiałowe; (iii) zagadnienia inżynierii biomedycznej, czyli symulowanie prawdopodobnych zjawisk, które mogą mieć miejsce w zastosowaniu klinicznym; (iv) sklasyfikowanie materiałów powłokowych i nałożenie na rzeczywiste protezy naczyniowe, powłoki mogą zachowywać się inaczej na elementach płaskich, a inaczej na gotowym produkcie, zwłaszcza, gdy nakładane są na powierzchnie wewnętrzne; (v)  biofizykę możliwych reakcji w kontakcie z elementami morfotycznymi krwi analizowana będzie na specjalnie do tego celu skonstruowanym stanowisku nazwanym „Sztucznym Pacjentem".

• Doktorant: mgr inż.Michał Spisak, Promotor: prof.dr hab.inż. Bogusław Major

Temat: Nanoskalowa funkcjonalizacja powierzchni materiałów porowatych pod zasiedlanie komórkowe

Cel:  Funkcjonalizacja powierzchni materiałów prowadząca do konstrukcji analogu tkankowego; opracowanie technologii otrzymywania polimerowych materiałów kompozytowych o powierzchni nano- i mikro porowatej oraz modyfikacja chemiczna za pomocą białek i aminokwasów.

Problematyka pracy zlokalizowana jest w obszarze pomostu pomiędzy inżynierią materiałową a medycyną. Głównym celem realizowanych prac będzie wykonanie analogów tkankowych do zastosowań w protezach układu sercowo-naczyniowego. Powierzchnia o zmodyfikowanej strukturze i wytworzonej porowatej architekturze stanowić będzie doskonałe podłoże do adhezji komórek ludzkich. Komórkowo-polimerowa struktura imitować będzie struktury natywne, a przez to może być wykorzystywana jako proteza naczynia krwionośnego.

Architektura układu powłok określana jako „warstwa po warstwie" prowadzi do układu wielowarstwowego, który znajduje szerokie zastosowanie (Rysunek). Osadzanie tego typu powłok polega na sekwencyjnej adsorpcji dwóch materiałów, które oddziałują ze sobą poprzez różne typy wewnątrz-molekularnych reakcji takich jak oddziaływania elektrostatyczne i wiązania wodorowe. Podłoże jest poddawane naprzemiennej obróbce przeciwnie naładowanych polielektrolitów. Każdy etap osadzania prowadzi do spontanicznej adsorpcji materiału i przyczepiania za pośrednictwem oddziaływań elektrostatycznych. Tego typu obróbka prowadzi do powstania powłok umożliwiających dokowanie białek. Stanowi to znaczne ułatwienie dla konstruktorów implantów, gdyż pozwala na zastosowanie w pełni porowatej struktury w miejscach, gdzie jest to trudne lub niemożliwe. Powłoki porowate zostały zaproponowane przez partnera z Francji (Politechnika w Grenoble). Ich osadzanie prowadzone będzie w Polsce w Instytucie Metalurgii i Inżynierii Materiałowej i we Francji. Rozwiązanie to daje możliwość łatwego dokowania odpowiednich białek pod zasiedlanie komórkowe. W pierwszym etapie prac analizowany będzie stopień adsorbcji białka- albuminy do materiałów cienkowarstwowych i porowatych. Badania przeżywalności i proliferacji komórek śródbłonka realizowane będzie głównie w IMIM PAN z wykorzystaniem mikroskopii konfokalnej (CLSM) i prowadzona będzie w oparciu o linie ludzkich komórk endotelialnych HUVEC. Założeniem prowadzonych prac będzie uzyskanie informacji wpływu powierzchni modyfikowanego materiału na przeżywalność, które w późniejszych etapach zostaną wykorzystane do wykonania analogów tkankowych.   

• Doktorant: mgr inż.Adam Dębski, Promotor: dr hab.inż. Władysław Gąsior Prof.PAN

Temat: Ciepło tworzenia faz międzymetalicznych z układu Al-Fe-Ti-Ni

Ekstremalne warunki pracy, którym podlegają elementy stosowane w przemyśle lotniczym, samochodowym i wielu innych gałęziach przemysłu, powodują, że materiały takie jak stal, stopy aluminium, a także nadstopy niklu nie są wystarczające, aby sprostać wymaganiom jakie stawia rozwijający się przemysł. Istnieje więc zapotrzebowanie na nowe materiały konstrukcyjne, które będą bardziej wytrzymalsze, twardsze i odporne na działanie coraz, to wyższych temperatur. Cechy takie posiadają stopy na osnowie faz międzymetalicznych, zwane intermetalikami. Należą one do unikatowej klasy materiałów metalicznych o właściwościach pośrednich pomiędzy metalami i ceramiką.

Znaczne zainteresowanie materiałami na osnowie faz międzymetalicznych, w których jednym z metali jest aluminium przyczyniło się do ustanowienia programu COST 535 (Thermodynamics of Alloyed Aluminides THALU), który został zakończony w listopadzie 2007. Program ten był ukierunkowany na rozwój nowych stopów opartych o związki międzymetaliczne z układu Al-Fe-Ni-Ti. Opierał się on z jednej strony na modelowaniu właściwości termodynamicznych aluminidków, oceniając dostępne dane, a z drugiej na pozyskaniu nowych danych w ramach prowadzonych badań eksperymentalnych.

Uczestniczymy w Programie „Polskie Sztuczne Serce”

Celem Programu Wieloletniego na lata 2007 – 2011 o nazwie „Polskie Sztuczne Serce” jest opracowanie i wdrożenie do praktyki klinicznej polskich protez serca, z całkowicie implantowalną permanentną protezą serca. Zespół Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, pracownia Inżynierii Powierzchni i Biomateriałów odpowiada za opracowanie technologii modyfikacji powierzchni dla zminimalizowania ryzyka wykrzepiania krwi w pozaustrojowej protezie serca.

Zapraszamy na stronę „Programu Polskie Sztuczne Serce”

http://pwpss.pl/