Detail projektu

Biodegradovatelné strukturované implantáty vyrobené metodou 3D tisku kovů

Období řešení: 01.07.2017 — 30.06.2021

Zdroje financování

Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR - TRIO

- plně financující (2017-07-01 - 2021-06-30)

O projektu

Hlavním cílem předloženého projektu je vývoj a produkce inovativních biodegradabilních porézních výplní kostních defektů. K výrobě těchto implantátů bude využita hořčíková slitina WE43, která v lidském těle vykazuje dobrou biokompatibilitu. Mechanické vlastnosti této slitiny jsou blízké kostní tkáni a implantáty z této slitiny mohou tedy poskytovat hojící se tkáni dostatečnou oporu bez nebezpečí vzniku tzv. stress shielding efektu. Implantáty z této slitiny zároveň vykazují osteoinduktivní vlastnosti a během jejich degradace dochází k lepšímu hojení postižené kostní tkáně. V průběhu hojení je implantát postupně resorbován organismem a po splnění své funkce nezanechává v těle kovová residua a není tak potřeba další nákladná operace k vyjmutí implantátu. Aplikace biodegradabilních implantátů je tak ve srovnání s běžně užívanými inertními biomateriály méně invazivní. Pro adhezi buněk na implantátu je rozhodující nejen samotný materiál implantátu, případně jeho povrchová úprava, ale i stav povrchu implantátu. Budou proto testovány implantáty z objemového materiálu, implantáty porézní a dále implantáty s plným jádrem a porézní povrchovou vrstvou. Testované implantáty budou vyrobeny progresivní metodou Selective laser melting, která umožňuje nejen výrobu tvarově složitých součástí ale i možnost řízené pórovitosti finálního výrobku. Alternativně budou testovány také povrchové úpravy na bázi CaP a jejich vliv na korozní vlastnosti a biokompatibilitu celého implantátu.

Popis anglicky
The main objective of the project is development and production of innovative biodegradable porous bone void fillers. Material used for production of such implants will be magnesium alloy WE43, which exhibits good biocompatibility. Mechanical properties of the alloy are close to those of bone tissue and implants from such alloy can therefore provide sufficient support to the healing tissue without undesirable stress shielding effect. Implants from such alloy also exhibit osteoinductive properties and its degradation promotes bone tissue healing process. The implant is gradually resorbed by organism during healing process providing support. After the healing process ends, no metal residues are left in the body and there is no need for costly operation for implant removal. Application of biodegradable implants is therefore less invasive, comparing to commonly used bioinert materials. For cell adhesion to the implant, not only implant material type or its surface treatment is important, but also state of the implant surface. Therefore, bulk and porous implants as well as implants with bulk core and porous surface layer will be tested. For the production of implants, selective laser melting method will be used. Such progressive method allows not only production of complicated shapes but also control of porosity of final component. Alternatively, CaP based surface treatments and their influence on corrosion properties and biocompatibility of the whole implant will be tested.

Klíčová slova
Biodegradabilita; hořčíková slitina; aditivní technologie; koroze; povrchové úpravy

Klíčová slova anglicky
Biodegradability; magnesium alloy; aditive manufacturing; corrosion; surface treatment

Označení

FV20232

Originální jazyk

čeština

Řešitelé

Horynová Miroslava, Ing., Ph.D. - hlavní řešitel
Klakurková Lenka, Ing., Ph.D. - hlavní řešitel
Jaroš Jan, Ing. - spoluřešitel
Koutný Daniel, doc. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Paloušek David, doc. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Remešová Michaela, Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Suchý Jan, Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Tkachenko Serhii, Ph.D. - spoluřešitel
Uhlíř Filip, Ing. - spoluřešitel
Zábranský Karel, Ing., Ph.D. - spoluřešitel

Útvary

Pokročilé instrumentace a metody pro charakterizace materiálů
- odpovědné pracoviště (05.01.2018 - 05.01.2018)
Pokročilé povlaky
- spolupříjemce (24.11.2016 - nezadáno)
Fakulta chemické technologie
- spolupříjemce (01.07.2017 - 30.06.2021)
NCK MESTEC - sekce konstruování
- spolupříjemce (01.07.2017 - 30.06.2021)
ProSpon, spol. s r.o.
- příjemce (01.07.2017 - 30.06.2021)

Výsledky

HORYNOVÁ, M.; REMEŠOVÁ, M.; KLAKURKOVÁ, L.; DVOŘÁK, K.; ROČŇÁKOVÁ, I.; YAN, S.; ČELKO, L.; SONG, G. L. Design of tailored biodegradable implants: The effect of voltageon electrodeposited calcium phosphate Coatings on puremagnesium. Journal of the American Ceramic Society, 2019, vol. 102, no. 1, p. 123-135. ISSN: 0002-7820.
Detail

SUCHÝ, J.; HORYNOVÁ, M.; KLAKURKOVÁ, L.; PALOUŠEK, D.; KOUTNÝ, D.; ČELKO, L. Effect of Laser Parameters on Processing of Biodegradable Magnesium Alloy WE43 via Selective Laser Melting Method. Materials, 2020, vol. 13, no. 11, p. 1-17. ISSN: 1996-1944.
Detail

SUCHÝ, J.; KLAKURKOVÁ, L.; MAN, O.; REMEŠOVÁ, M.; HORYNOVÁ, M.; PALOUŠEK, D.; KOUTNÝ, D.; KRIŠTOFOVÁ, P.; VOJTĚCH, D.; ČELKO, L. Corrosion behaviour of WE43 magnesium alloy printed using selective laser melting in simulation body fluid solution. Journal of Manufacturing Processes, 2021, vol. 69, no. 1, p. 556-566. ISSN: 1526-6125.
Detail

KRIŠTOFOVÁ, P.; ROUDNICKÁ, M.; KUBÁSEK, J.; PALOUŠEK, D.; SUCHÝ, J.; VOJTĚCH, D. Influence of Production Parameters on the Properties of 3D Printed Magnesium Alloy Mg-4Y-3RE-Zr (WE43). Manufacturing TECHNOLOGY, 2019, vol. 19, no. 4, p. 613-618. ISSN: 1213-2489.
Detail

KRIŠTOFOVÁ, P.; ROUDNICKÁ, M.; KUBÁSEK, J.; MICHALCOVÁ, A.; VOJTĚCH, D.; SUCHÝ, J.; PALOUŠEK, D.; ALZUBI, E. Magnesium Alloy WE43 Produced by 3D Printing (SLM). In Defect and Diffusion Forum. Defect and Diffusion Forum. 2020. p. 345-350. ISBN: 9783035736120. ISSN: 1662-9507.
Detail

BEDNAŘÍKOVÁ, V.; KLAKURKOVÁ, L.; REMEŠOVÁ, M.; HORYNOVÁ, M.; SUCHÝ, J.; PALOUŠEK, D.; ČELKO, L. In Vitro Corrosion Study of Selected Laser Melted WE43 Magnesium Alloy in Hank´s Balanced Salt Solution. In Key Engineering Materials. Key Engineering Materials (web). Switzerland: Trans Tech Publications Ltd, 2022. p. 113-118. ISSN: 1662-9795.
Detail

LOVAŠIOVÁ, P.; LOVAŠI, T.; KUBÁSEK, J.; JABLONSKÁ, E.; MSALLAMOVÁ, Š.; MICHALCOVÁ, A.; VOJTĚCH, D.; SUCHÝ, J.; KOUTNÝ, D.; ALZUBI, E. Biodegradable WE43 Magnesium Alloy Produced by Selective Laser Melting: Mechanical Properties, Corrosion Behavior, and In-Vitro Cytotoxicity. Metals, 2022, vol. 12, no. 3, ISSN: 2075-4701.
Detail

ČEJKA, Z.; ČELKO, L.; KLAKURKOVÁ, L.; REMEŠOVÁ, M.; VOJTĚCH, D.; KOUTNÝ, D.; PALOUŠEK, D.; SUCHÝ, J.; ProSpon, spol. s r.o., Kladno, CZ: Zátka intramedulárního kostního kanálu. 35211, užitný vzor. (2021)
Detail

ČEJKA, Z.; ČELKO, L.; KLAKURKOVÁ, L.; REMEŠOVÁ, M.; VOJTĚCH, D.; JAROŠ, J.; KOUTNÝ, D.; SUCHÝ, J.: Zátka intramedulárního kostního kanálu; Biodegradabilní implantát z objemového kovového materiálu. ProSpon, spol. s r. o. Jiřího Voskovce 3206 272 01 Kladno. (funkční vzorek)
Detail

ČEJKA, Z.; ČELKO, L.; KLAKURKOVÁ, L.; REMEŠOVÁ, M.; VOJTĚCH, D.; JAROŠ, J.; KOUTNÝ, D.; SUCHÝ, J.: Zátka intramedulárního kostního kanálu; Biodegradabilní implantát ze slitiny WE43 s objemovým jádrem a porézní povrchovou vrstvou. ProSpon, spol. s r. o. Jiřího Voskovce 3206 272 01 Kladno. (funkční vzorek)
Detail

ČEJKA, Z.; ČELKO, L.; KLAKURKOVÁ, L.; REMEŠOVÁ, M.; VOJTĚCH, D.; JAROŠ, J.; KOUTNÝ, D.; SUCHÝ, J.: Zátka intramedulárního kostního kanálu; Porézní biodegradabilní implantát ze slitiny WE43. ProSpon, spol. s r. o. Jiřího Voskovce 3206 272 01 Kladno. (funkční vzorek)
Detail

Odpovědnost: Klakurková Lenka, Ing., Ph.D.