Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Funkcionalizacija biomedicinskih vzorcev s termodinamsko neravnovesno plinsko plazmo

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
7.00.00  Interdisciplinarne raziskave     

Koda Veda Področje
P400  Naravoslovno-matematične vede  Fizikalna kemija 

Koda Veda Področje
1.07  Naravoslovne vede  Druge naravoslovne vede 
Ključne besede
srčne zaklopke, plinska plazma, krvni proteini, biokompatibilne prevleke, površine, funkcionalizacija, polimer, nano strukture, grafen
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (24)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  31867  Adriana Ban  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2014 
2.  22289  dr. Uroš Cvelbar  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2011 - 2014  730 
3.  18271  dr. Miha Čekada  Materiali  Raziskovalec  2011 - 2014  441 
4.  01116  dr. Milan Čerček  Fizika  Raziskovalec  2011  318 
5.  12027  dr. Karmen Čuček  Kemija  Raziskovalec  2011 - 2014  39 
6.  17577  dr. Aleš Doliška  Materiali  Raziskovalec  2011 - 2014  175 
7.  26476  dr. Aleksander Drenik  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2011 - 2014  699 
8.  18635  Tatjana Filipič    Tehnični sodelavec  2011 - 2014  24 
9.  10401  dr. Tomaž Gyergyek  Fizika  Raziskovalec  2011 - 2014  423 
10.  27558  dr. Silvo Hribernik  Tekstilstvo in usnjarstvo  Raziskovalec  2013 - 2014  300 
11.  29864  Marko Jarc  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2014  22 
12.  28480  dr. Ita Junkar  Medicina  Raziskovalec  2011  288 
13.  15703  dr. Janez Kovač  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2011 - 2014  677 
14.  30680  dr. Jernej Kovačič  Konstruiranje  Raziskovalec  2011 - 2013  243 
15.  19167  dr. Igor Lengar  Materiali  Raziskovalec  2012  1.200 
16.  32159  dr. Martina Modic  Medicina  Raziskovalec  2011 - 2014  165 
17.  10429  dr. Miran Mozetič  Elektronske komponente in tehnologije  Vodja  2011 - 2014  1.354 
18.  09090  dr. Peter Panjan  Materiali  Raziskovalec  2011 - 2014  792 
19.  19268  dr. Zdenka Peršin Fratnik  Materiali  Raziskovalec  2011 - 2014  226 
20.  15739  Dušan Rudman    Tehnični sodelavec  2012 
21.  26266  dr. Vida Smrekar  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2011  35 
22.  07814  dr. Karin Stana Kleinschek  Tekstilstvo in usnjarstvo  Raziskovalec  2011 - 2014  1.117 
23.  07003  dr. Olivera Šauperl  Tekstilstvo in usnjarstvo  Raziskovalec  2013 - 2014  409 
24.  32231  Viktor Zalokar    Tehnični sodelavec  2011 - 2014 
Organizacije (4)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  91.017 
2.  0795  Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo  Maribor  5089638010  23.987 
3.  1538  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko  Ljubljana  1626965  27.821 
4.  1655  Sartorius BIA Separations, separacijske tehnologije, d.o.o.  Ajdovščina  1319612  1.226 
Povzetek
S ciljem izboljšanja hemokompatibilnosti srčnih zaklopk bomo opravili sistematične modifikacije površinskih lastnosti ustreznih materialov. Za dosego končnega cilja bomo uporabili različne postopke obdelave, ki jih bomo tudi natančno ovrednotili: i) Superhidrofilizacija, ki jo bomo dosegli z zelo grobo površino na nanometrskem nivoju in nasičenostjo s polarnimi funkcionalnimi skupinami, ii) funkcionalizacijo za neravnovesno plinsko plazmo in kasnejšim nanosom hemokomtatibilnih prevlek, iii) inkorporacijo z žveplom bogatih funkcionalnih skupin, iiii) depozicijo večplastnih grafenskih pravokotno stoječih nanostruktur, ki jih bomo prevlekli s superhidrofilno prevleko, in iiiii) endotalizacijo srčnih zaklopk, ki smo jih predhodno modificirali z zgoraj navedenimi tehnikami. Posamezne postopke funkcionalizacije bomo optimirali tako, da bomo izbrali najprimernejše plazemske parametre za stabilno modifikacijo. Uporabili bomo plinsko plazmo z domala poljubno gostoto toka kemijsko reaktivnih radikalov, ki jo bomo ustvarili v plinih kot so H2S, SO2, NH3 in O2. Z uporabo izjemno selektivnega plazemskega jedkanja bomo pripravili površino srčnih zaklopk z močno izraženo morfologijo na nanoskopskem nivoju, tako da bo obdelovanec prevlečen z nanostožci značilne dimenzije 50 nm. Gre za tehniko, ki smo jo pravkar razvili v naših laboratorijih za obdelavo nekaterih drugih materialov. Kjer bo potrebno, bomo namesto energetskih ionov uporabili za obdelavo površin reaktivne nevtralne plinske delce, s čimer bomo dosegli domala optimalno selektivnost obdelave. Večplastne grafinske prevleke bomo nanesli pravokotno na površine vzorcev in jih obdelali z različnimi zaporednimi tehnikami, tako da bomo dobili superhidrofilne lastnosti površine, ki bo prekrita z nanostenami, med katerimi bo značilna razdalja 10 nm. Postopek obdelave bomo tudi patentirali. Večji del eksperimentov bomo opravili na modelnih vzorcih, najbolj perspektivne v smislu izboljšane hemokompatibilnosti materialov pa bomo ponovili na pravih srčnih zaklopkah. Poleg obširnih bioloških testiranj bomo uporabili tudi sodobne metode za generiranje in karakterizacijo plinske plazme, kakor tudi standardne visokoresolucijske tehnike za karakterizacijo površin in tankih plasti, kamor sodijo XPS, SIMS, SEM in AFM.
Pomen za razvoj znanosti
Pojasnili smo pojav izjemno selektivnega jedkanja polimerov med obdelavo z visoko neravnovesno plinsko plazmo, ki vodi k termodinamsko popolnoma neverjetnemu pojavu nanostožcev. Obsežne raziskave, ki smo jih opravili v okviru tega projekta, so potrdile hipotezo, po kateri je formiranje nanostožcev posledica nehomogenosti prvotnega materiala. V primeru polimerov gre za semikristaliničnost, zaradi katere se amorfna faza jedka hitreje, kar velja tudi za robove kristalnih zrn. Kinetika interakcije z ioni in nevtralnimi radikali zato po dolgotrajnejši obdelavi vodi do nanostožcev, kar je sicer v nasprotju s klasično ravnovesno termodinamiko, ki narekuje minimiziranje površine. Tudi pirolitičen grafit, ki ne vsebuje amorfne faze, se prav tako jedka nehomogeno zaradi pojava povečanega jedkanja robov kristalnih zrn, rezultat (nanostožci) pa je isti. Pojasnili smo tudi staranje materialov, ki so funkcionalizirani s polarnimi skupinami in sicer smo jasno pokazali, da gre za relaksacijo termodinamsko neravnovesnega stanja, saj hitrost staranja monotono narašča s temperaturo vzorcev. Prvi na svetu smo poročali o biokompatibilnost srčnih zaklopk z nanosom večplastnih grafenskih nanostruktur. Kljub temu, da je postal grafen izjemno popularen zaradi nedavne Nobelove nagrade, nobena raziskovalna skupina na svetu ni poročala o hemokompatibilnosti tovrstnega materiala. Naši rezultati so zaradi tega dovolj inovativni in uporabni v medicinski praksi, da smo vložili patentno prijavo. Ustrezen znanstveni članek je v pripravi in ga omo oddali ko bo patentna prijava dostopna v patentnih bazah - septembra 2015.
Pomen za razvoj Slovenije
Neposredni vpliv predloženega projekta na družbeni ekonomski razvoj in konkretno našega industrijskega partnerja je povsem jasen: industrijski partner želi vstopiti v specifično tržno nišo kardiovaskularnih vsadkov, ki jo odlikuje izjemno visoka dodana vrednost. Trenutno je značilna cena implantatov več tisoč eurov, pri čemer so neposredni proizvodni stroški preprosto zanemarljivi v primerjavi z ceno znanja. Slovenija, ki sodi v svetovnem merilu med bogate države, želi čimveč tovrstnih aktivnosti, saj prinašajo podjetjem, posredno pa tudi državi, dobičke oz. ugodnosti. Kot smo že omenili, smo pripravili mednarodno patentno prijavo, ki je ključen rezultat tega projekta - glej družbeno ekonomski rezultat številka 1. Verjamemo, da bodo raziskave, ki smo jih opravili v tem projektu, predstavljale solidno osnovo za nadaljnje izkoriščanje. Kot izkušeni raziskovalci se zavedamo, da lahko komercializacija znanstvenih rezultatov uspe šele po obsežnih razvojnih aktivnostih, posebej za biomedicinske izdelke, pa tudi po obsežnih testiranjih novega izdelka ali tehnologije. Znano je, da registracija novih farmacevtskih ali medicinskih izdelkov zahteva izredno obsežna testiranja po striktnih protokolih, ki pogosto trajajo desetletje ali celo dje. Projekt je bil triletni, tako da kakršno koli komercializacije rezultatov nismo predvideli do konca projekta. V naslednjem koraku bomo morali opraviti in-vivo teste na modelnih živalih. Če bodo tudi te testi dali podobne rezultate, kot smo jih dosegli z in-vitro testi, lahko pričakujemo klinične teste in kasneje komercializacijo pridobljenega znanja.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2011, 2012, 2013, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2011, 2012, 2013, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Zgodovina ogledov
Priljubljeno