Nowoczesne metamateriały w medycynie. Możliwie najbardziej podobne do kości
Zespół naukowców z Politechniki Białostockiej pod kierunkiem dr. inż. Michała Doroszko, prowadzi zaawansowane badania nad metamateriałami, które w przyszłości mogą odegrać ważną rolę w medycynie, zwłaszcza w produkcji nowoczesnych implantów kostnych. Prace koncentrują się na poznaniu właściwości mechanicznych tych materiałów oraz na tym, jak można je świadomie kształtować, aby bezpiecznie współpracowały z ludzkim organizmem.
Metamateriały to szczególny rodzaj materiałów, których zachowanie zależy nie tylko od składu chemicznego, ale przede wszystkim od wewnętrznej struktury. Dzięki odpowiednio zaprojektowanej architekturze mogą one łączyć wysoką wytrzymałość z niewielką masą oraz mieć ściśle określoną sztywność. To właśnie ta cecha jest kluczowa w kontekście implantów, ponieważ materiał wszczepiany do organizmu powinien mieć właściwości możliwie zbliżone do naturalnej kości. Zbyt sztywny implant mógłby zaburzać pracę układu kostnego, natomiast materiał dopasowany mechanicznie sprzyja prawidłowemu gojeniu i długotrwałemu funkcjonowaniu.
W ramach badań naukowcy projektują i wytwarzają metamateriały z wykorzystaniem druku 3D ze stopów tytanu, stosując precyzyjną technologię laserowego spiekania proszku metalicznego. Umożliwia ona tworzenie struktur o kontrolowanej geometrii, zawierających puste przestrzenie i kanały. Taka budowa pozwala tkance kostnej stopniowo przerastać implant, co zwiększa jego stabilność i prowadzi do trwałego połączenia z kością.
Badania na razie skupiają się na materiale
Badania nie dotyczą jeszcze gotowych wyrobów medycznych, lecz samego materiału, który w przyszłości może stać się podstawą do produkcji bezpieczniejszych i trwalszych implantów. Istotnym elementem prac jest także analiza zachowania metamateriałów pod obciążeniem, od pierwszych odkształceń aż do momentu pęknięcia. Dzięki temu możliwe jest określenie granic bezpiecznej pracy materiału, co ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach biomedycznych. Wiedza ta pozwala przewidywać, jak materiał będzie zachowywał się w organizmie człowieka przez długi czas.
Badania prowadzone są z wykorzystaniem nowoczesnej aparatury badawczej, w tym maszyn wytrzymałościowych, mikrotomografii komputerowej oraz zaawansowanych metod analizy mikrostruktury. Połączenie eksperymentów, druku 3D i modeli numerycznych pozwala na bardzo dokładne poznanie właściwości metamateriałów i stanowi solidną podstawę do dalszych prac rozwojowych.
Efekty prowadzonych prac mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w medycynie, ale również w przemyśle lotniczym czy motoryzacyjnym, wszędzie tam, gdzie liczy się jednocześnie lekkość, trwałość i precyzyjne dopasowanie właściwości materiału do konkretnego zadania. Badania wzmacniają potencjał naukowy uczelni i przyczyniają się do rozwoju nowej, obiecującej klasy materiałów, które w przyszłości mogą realnie poprawić jakość życia pacjentów.
Źródło: Politechnika Białostocka
Czytaj też: Przystępny cenowo mikroskop i sztuczna inteligencja. Nowe narzędzia w diagnostyce malarii
Grafika tytułowa: Yassine Khalfalli / Unsplash
