Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Napredne tehnologije obdelave individualiziranih 3D tiskanih implantatov za preprečevanje bakterijskih okužb

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
3.02.00  Medicina  Stomatologija   

Koda Veda Področje
B000  Biomedicinske vede   

Koda Veda Področje
3.02  Medicinske in zdravstvene vede  Klinična medicina 
Ključne besede
obdelava površin, nanostruktura, plinska plazma, hidrotermalna obdelava, 3D printanje, biokompatibilnost, titanove zlitine
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (21)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  34541  dr. Metka Benčina  Materiali  Raziskovalec  2020 - 2021  81 
2.  11943  dr. Igor Drstvenšek  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2018 - 2021  549 
3.  18635  Tatjana Filipič    Tehnični sodelavec  2018 - 2021  24 
4.  04634  dr. Aleš Iglič  Sistemi in kibernetika  Raziskovalec  2018 - 2021  970 
5.  52182  Marko Jeran    Tehnični sodelavec  2019  344 
6.  28480  dr. Ita Junkar  Medicina  Vodja  2018 - 2021  288 
7.  15322  dr. Vanja Kokol  Materiali  Raziskovalec  2018 - 2021  527 
8.  15703  dr. Janez Kovač  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2018 - 2021  677 
9.  52435  Eva Levičnik    Tehnični sodelavec  2020  10 
10.  35503  dr. Tina Mavrič  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2018  14 
11.  21397  dr. Helena Motaln  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2019 - 2020  207 
12.  10429  dr. Miran Mozetič  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2018 - 2021  1.354 
13.  28467  dr. Samo Penič  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2020 - 2021  117 
14.  19268  dr. Zdenka Peršin Fratnik  Materiali  Raziskovalec  2018 - 2019  226 
15.  53291  dr. Esther Punzon Quijorna  Fizika  Raziskovalec  2020  58 
16.  34451  dr. Nina Recek  Biotehnologija  Raziskovalec  2018 - 2021  85 
17.  37482  dr. Matic Resnik  Elektronske komponente in tehnologije  Mladi raziskovalec  2018  52 
18.  52497  Maja Šukarov    Tehnični sodelavec  2019 - 2020 
19.  20048  dr. Alenka Vesel  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2019 - 2021  692 
20.  34203  dr. Ekaterina Yurieva Gongadze  Nevrobiologija  Raziskovalec  2018 - 2021  73 
21.  31618  dr. Rok Zaplotnik  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2018 - 2021  310 
Organizacije (3)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  90.987 
2.  0795  Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo  Maribor  5089638010  23.964 
3.  1538  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko  Ljubljana  1626965  27.817 
Povzetek
Napredne tehnologije obdelave individualiziranih 3D tiskanih implantatov za preprečevanje bakterijskih okužb Bakterijske okužbe, ki se vežejo na različne površine predstavljajo enega največjih vzrokov umrljivosti v modernem svetu. Preventivno preprečevanje vezave bakterij in nastajanja biofilmov na površinah medicinskih naprav in implantatov je trenutno zelo vroča tema, ki je pomembna na področju medicine in družbe. Tako je namen predlaganega projekta, da se osredotoči predvsem na to tematiko. Poudarek projekta je na površinski obdelavi 3D tiskanih individualiziranih medicinskih vsadkov iz titanovih zlitin, ki pridobivajo na pomembnosti predvsem zaradi možnosti izdelave specifičnih oblik, ki se ujemajo s specifično anatomijo pacienta (individualizirani implantati). Kljub vsemu vsemu pa tudi te 3D tiskani materiali ne nudijo primernega biološkega odziva, predvsem antibakterijskih lastnosti. Glavni cilj projekta je spremeniti površinske lastnosti individualiziranih implantatov izdelanih s tehnologijo selektivnega laserskega taljenja iz titanovih zlitin (Ti6Al4V ELI) z namenom preprečevanja bakterijskih okužb in tvorbe biofilmov, istočasno pa tudi izboljšati osteointegracijo. To bomo dosegli s spreminjanem pomembnih lastnosti površine, kot so nanotopografija, kemija in omočljivost, ki igrajo pomembno vlogo pri biološkem odzivu. Študirali bomo tudi vpliv morfoloških lastnosti 3D tiskanih implantatov (npr. trabekularne zunanje strukture) na napredne tehnološke postopke obdelave. Glavni cilji projekta so: i.) Tvorba nanostrukturirane- biomimetične površine s hidrotemično obdelavo (HT), ki bo zamnjšala vezavo bakterij in tvorbo biofilmov. ii.) Zaviralni vpliv na vezavo bakterij in tvorbo biofilmov ter povečanje osteointegracije z uporabo visoko reaktivne plinske plazme. iii.) Določanje vplivov morfoloških lastnosti 3D tiskanih površin (različne mikrostrukturirane površine) na nadaljnje postopke obdelave- hidrotermična in plazemska obdelava. iv.) Študija sinergističnih vplivov različnih obdelovalnih tehnik; hidrotermična in plazemska obdelava površine za namen doseganja izoboljšanih lastnosti površin (preprečevanje adhezije bakterij, nastanek biofilmov, povečanje osteointegracije). v.) Optimizacija površinske obdelave (nanotopografija, kemija, omočljivost) za zmanjšanje adhezije bakterij in povečanje osteointegracije.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati raziskav bodo doprinesli pomembno znanje na področju modifikacije površine individualiziranih 3D tiskanih implantatov z biološkim medijem, predvsem gram pozitivnimi in gram negativnimi bakterijami. Mehanizmi interakcij nanostrukturiranih površin s celicami so še vedno slabo poznani, predvsem zaradi dejstva, da se različne vrste celic različno odzovejo na določene nanostrukture. Trenutno je razvoj anti-bakterijskih medicinskih implantatov še vedno zelo kompleksen, saj še danes ne obstajajo potrebne informacije o tem katere lastnost površine imajo ključen pomen za uspešno preprečevanje adhezije bakterij na površine ter razraščanje biofilmov. Z razvojem nanotehnologij se je povečala možnost za izdelovanje biomimetičnih površin, ki posnemajo naravno strukturiranost tkiva in s tem omogočajo primeren biološki odziv. Zato je za nadaljen razvoj medicinskih pripomočkov v stiku z biološkim materialom ključnega pomena, da študiramo vplive različnih nanostruktur na adhezijo bakterij. Pridobljeno znanje lahko predstavlja mejnik v proizvodnji nove generacije biomimetičnih ortopedskih, hrbteničnih, maksilofascialnih in dentalnih implantatov, ki bodo bistveno zmanjšale do sedaj poznane nezaželene bakterijske infekcije ter ob tem tudi povečale osteointegracijo in bodo imele visoko dodano vrednost. Rezultati predlaganega projekta bodo omogočili razvoj nove generacije površin, ki bodo zmanjšale po-operativne zaplete ter tveganje z infekcijami. Predlagan projekt bo pripomogel k razumevanju novih mehanizmov in bo podal smernice za razvoj novih tehnik obdelave površin, ki jih bo mogoče enostavno implementirati v praksi. Pridobljeno znanje predstavlja velik potencial, da postane preskok v razvoji novih tehnik za obdelavo titanovih medicinskih pripomočkov, osnovne interakcije površin z biološkim okoljem pa bodo ključnega pomena tudi pri razvoju tehnik za obdelavo drugih medicinskih pripomočkov (polimernih). Razvoj predstavlja novo raziskovalno smer, ki temelji na zelo naprednih in hitro rastočih tehnologija; 3D tiskanje in plinska plazma. Delo na projektu bo izrazito intradisciplinarne in transdisciplinarne narave, saj bo zahtevalo tesno sodelovanje raziskovalcev iz različnih področij (fizike, kemije, mikrobiologije, strojništva itd.), s čemer bomo prišli do novih spoznanj in znanja, ki ga bomo lahko uporabili na različnih področjih delovanja.
Pomen za razvoj Slovenije
By combining the knowledge in the field of surface modification of 3D printed individualized implants (hydrothermal and plasma treatment), and interactions with biological environment new insights on this highly relevant topic are foreseen. Systematic research in this field will provide better insights on the influence of surface modification on biological response, with the emphasis on adhesion of gram negative and gram positive bacteria strains. The influence of nanotopography on interaction with biological material is still poorly understood, as different cell types reacts differently to nanotopographic features. Presently designing of an bacterial implant surface by altering surface nanotopographic features is highly challenging, as so far no exact information about which surface parameters actually play a predominant role in bacteria adhesion and biofilm formation. Moreover surface chemistry is also an important aspect which will be systematically studied during project duration. With the development of nanotechnologies we are now able to produce biomimetic surfaces, which mimics natural nanostructure of tissue and could provide appropriate biological response. For further development of optimal titanium implantable device the influence of different surface nanotopographies on bacterial adhesion is of major importance. The gained knowledge may become a milestone in production of the new generation of high value added biomimetic medical implants, which will significantly improve not only bacterial infections and reduce biofilm formation but also improve osteointegration. This may lead to the development of new generation individualized orthopaedic, spinal, maxillofacial and dental implants, which will reduce post-surgical complication and lower the risks of infections. The proposed project will provide new understanding on bacterial adhesion mechanisms and will give basis for development of novel surface finishing techniques that could be easily employed in practice. Thus the gained knowledge has a high potential to become a milestone in surface finishing of medical devices made of titanium alloys, while novel findings on bacteria surface interaction will provide basic knowledge even for surface modification of medical devices made of other materials (also polymeric ones). This may open new research doors for development of medical filed, which will be driven by two currently highly advanced rapidly growing technologies; 3D printing and gaseous plasma technologies. Both of these technologies are gaining its importance in the medical filed as they offer numerous unexploited possibilities. Due to highly interdisciplinary and transdisciplinary work needed to reach the innovation potential people from different fields (biology, material science, microbiology, mechanical engineering, electro engineering, chemical engineering etc) will need to work together in tight collaboration. The proposed project is based on such team and the anticipated results have high potential, not only for the research filed but also for the society and economy.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zgodovina ogledov
Priljubljeno