LEI projektas

            Projekto pavadinimas:

Ilgai tarnaujančios medžiagos dirbtiniams sąnariams: plazminių biokeramikos dangų mikrostruktūros ir savybių tyrimai.

 Projekte dalyvauja Lietuvos energetikos instituto Medžiagų tyrimų ir bandymų laboratorija ir Plazminių technologijų laboratorija.

Problemos apibrėžimas:

Pasaulyje plačiai taikomos dirbtinių sąnarių operacijos, palengvinančios daugelio žmonių gyvenimo kokybę. Tam dažniausiai naudojami geru suderinamumu su organizmo audiniais pasižymintys polietileniniai dirbtiniai sąnariai nėra ilgaamžiai ir daugiau tinka pagyvenusiems pacientams. Traumas patyrusiems ar sąnarių ligomis sergantiems jauniems pacientams jie nėra perspektyvūs. Keramikos bei keraminių dangų naudojimas tokiems tikslams pagerina dirbtinio sąnario atsparumą dilimui, apsaugo audinius nuo osteolizės, kurią sukelia polietileno nuolaužos, atsirandančios dirbtinio sąnario eksploatacijos metu. Tam tinka inertinės aukštatemperatūrių oksidų medžiagos: aliuminio oksidas, cirkonio oksidas, jų kompozicinė keramika ir dangos, pasižyminčios geromis mechaninėmis savybėmis. Nustatyta, kad itriu stabilizuota cirkonio keramika pasižymi labai geru biosuderinamumu in vitro. Cirkonio keramika pradėta naudoti kaip biomedžiaga kelio sąnarių implantams maždaug prieš 20 metų.

Keramikos savybės labai priklauso nuo medžiagos struktūros: grūdelių dydžio, kristalinės struktūros, tankio, porėtumo ir kt. Padengiant metalinius implantus keramikos dangomis, labai svarbu rasti tinkamus dangų formavimo metodus, nes keraminių medžiagų savybės labai priklauso ir jų gamybos būdo.

Plazminės technologijos labai tinka biokeramikos dangoms formuoti. Įvertinus instituto Medžiagų tyrimų ir bandymų laboratorijos darbuotojų patirtį keraminių medžiagų technologijų bei plazminių dangų technologijų srityje, o taip pat turimą įrangą keraminėms dangoms formuoti, ir buvo nutarta dalyvauti šioje programoje, įsisavinant šiuolaikines daugiafunkcinės cirkonio keramikos medžiagų gamybos technologijas Lietuvoje.

Projekto tikslas:

Ištirti biokeraminių cirkonio oksido dangų formavimo plazmos būdu galimybes ir įvertinti dangų tribologines savybes.

Projekto uždaviniai:

–        ištirti cirkonio oksido biokeraminių dangų formavimo plazmos būdu galimybes;

–        plazmos būdu suformuoti atsparias dilimui ir ilgai tarnaujančias bioinertines cirkonio oksido keramikos dangas ant dirbtinių sąnarių implantams naudojamo titano plieno padėklų;

–        dangų formavimo parametrų – struktūros – savybių tyrimai, siekiant gauti minimalaus šiurkštumo paviršius;

–        nustatyti plazmos proceso parametrų – plazmotrono galios, dujų sudėties, purškimo trukmės bei atstumo įtaką dangų struktūrai ir savybėms;

–        nustatyti pradinės žaliavos įtaką dangos savybėms – optimalios sudėties dangos su geriausiomis tribologinėmis charakteristikomis;

–        dangų adhezijos įvertinimas įbrėžų metodu

Laukiami rezultatai:

Tyrimais siekiama sukurti lygiavertę ES šalių mokslo centrams biokeraminių dangų formavimo bazę naudojant tam tikslui plazminę technologiją. Tai:

–        Šiuolaikinių daugiafunkcinių medžiagų naujų technologijų įsisavinimas

–        Lietuvoje atliekamų mokslinių tyrimų išplėtimas pagal ES lygį

–        Mokslininkų ir tyrėjų kvalifikacijos kėlimas

–        Mokslinių žinių plėtojimas tarptautiniu lygmeniu.

Darbo rezultatai skelbiami tarptautinėse konferencijose, aptariami Veiklos darbo grupių seminaruose.

 Itriu stabilizuoto cirkonio oksido plazminės dangos SEM vaizdas. Dangos Vikerso mikrokietumas 8340 MPa, Ra – 1,96 μm, Rz – 12,4 μm, kristalitų dydis 36,5 nm [Brinkiene K., Cesniene J., Kezelis R., Mecius V., Zunda A. Effect of plasma parameters on wear properties of zirconia coatings // European Corrosion Congress, Freiburg in Breisgau, Germany, September 9-13, 2007 – 5 p.].