prof. nzw. dr hab. inż. Tomasz Ciach
 
dr inż. Beata Butruk-Raszeja
 
mgr inż. Magdalena Janczewska
 
mgr inż. Katarzyna Każmierska
 
mgr inż. Kamil Kopeć
 
mgr inż. Piotr Kowalczyk
 
dr inż. Martyna Kucharska
 
mgr inż. Aleksandra Kulikowska
 
mgr inż. Aleksandra Kuźmińska
 
mgr inż. Ilona Łojszczyk
 
mgr inż. Aleksandra Mościcka-Studzińska
 
mgr inż. Rafał Podgórski
 
mgr inż. Aleksandra Poniatowska
 
mgr inż. Agata Stefanek
 
mgr inż. Paulina Trzaskowska
 
mgr inż. Maciej Trzaskowski
 
mgr inż. Iga Wasiak
 
mgr inż. Michał Wojasiński
 

 

Start arrow Projekty arrow Inżynieria tkankowa arrow Innowacyjne kompozyty polimerowe do wypełniania ubytków kostnych - INPOLYBOND
Innowacyjne kompozyty polimerowe do wypełniania ubytków kostnych - INPOLYBOND

Tytuł projektu: „Innowacyjne kompozyty polimerowe do wypełniania ubytków kostnych”

Dane projektu: działanie 4.1 Badania naukowe i prace rozwojowe Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020 współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego

Numer umowy: POIR.04.01.04-00-0133/15

Czas realizacji projektu: 01.01.2016 do 31.12.2020 (5 lat)

Czas realizacji etapu 2 projektu na Politechnice Warszawskiej: 1.01.2016 do 31.12.2017 (2 lata)

Kwota projektu (całość): 6 274 385.00 PLN; dofinansowanie projektu z UE 4 566 444,00 PLN

Dofinansowanie z UE etapu 2 projektu - realizacja na Politechnice Warszawskiej (100%):
379 080,00 PLN

Konsorcjum projektu: Biovico, sp. z o.o. (Lider) i Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej

Cel projektu

W odpowiedzi na zapotrzebowanie rynku produktów medycznych, w wyniku realizacji projektu, zostaną opracowane i wprowadzone na rynek nowe biokompozyty polimerowe, zawierające innowacyjny opatentowany nanohydroksyapatyt (nHAp). Opierając się o zasadę biomimetyzmu naturalnej struktury kości, stworzony zostanie produkt optymalnie łączący fazę organiczną i mineralną. Jego wyróżnikami będą:

  • podobieństwo do natywnych apatytów dzięki użyciu zmodyfikowanego powierzchniowo nHAp,
  • poprawiona kohezja dla cementów (możliwość wiercenia),
  • obecność polimerów, zapewniających pożądaną formę końcową produktu (plastyczność), ale również odpowiednie mikrośrodowisko dla komórek,
  • tworzenie makroporów in vivo,
  • bioresorbowalność wypełnienia ubytków kostnych.

Wszystkie te cechy pozwolą na spełnienie wymagań jakie stawiane są materiałom stosowanym w medycynie regeneracyjnej.

Planowane efekty projektu

W wyniku realizacji projektu powstaną iniekcyjne materiały kościozastępcze, oparte na nanostrukturalnym hydroksyapatycie, o właściwościach fizykochemicznych zmodyfikowanych polimerami. Wśród planowanych do otrzymania produktów możemy wyróżnić dwie zasadnicze linie:
 1) produkt do uzupełniania mikroubytków kostnych;
 2) cement kostny.

Dogodna forma aplikacyjna i polepszone właściwości mechaniczne oraz kohezja produktu, są właściwościami niezwykle pożądanymi przez lekarzy. Wprowadzenie na rynek innowacyjnych produktów posiadających wyżej wymienione cechy, spowoduje zwiększenie dostępnego do tej pory w Polsce asortymentu materiałów do regeneracji tkanki kostnej. Nowe produkty będą charakteryzować się rozwiązaniami jak dotąd nieobecnymi u konkurencji.

Cel etapu realizowanego na Politechnice Warszawskiej

Opracowanie i zoptymalizowanie procesu otrzymywania nHAp modyfikowanego lecytyną (nHAp-PC), który będzie podstawowym elementem składowym tworzonych w projekcie biomateriałów.

Planowane efekty etapu realizowanego na Politechnice Warszawskiej

Zoptymalizowany proces otrzymywania poszków nHAp-PC w formie nanocząstek tworzących agregaty, wytwarzanych w różnych warunkach proponowanej syntezy. Sformułowanie kryteriów wyboru materiału końcowego do stosowania w tworzonych w Biovico materiałach do uzupełniania ubytków i cementach. Przygotowany proces pozwoli na stworzenie w kolejnych etapach projektu biokompozytu, stanowiącego materiał do regeneracji tkanki kostnej.


Realizacja etapu na Politechnice Warszawskiej

Zadaniem zespołu kierowanego przez prof. Tomasza Ciacha jest opracowanie i zoptymalizowanie ciągłego sposobu produkcji nanocząstek hydroksyapatytu modyfikowanego lecytyną (nHAp-PC) w sposób wydajny i powtarzalny. Opracowywany proces jest oparty o technologię otrzymywania nanocząstek, którą opatentowano w zespole BioMedLab. Realizację etapu podzielono na trzy zadania obejmujące: 1) opracowanie procesu otrzymywania nHAp; 2) charakteryzację otrzymanych proszków; 3) optymalizację procesu. Celem prac w projekcie INPOLYBOND jest przygotowanie procesu otrzymywania nanocząstek tworzących agregaty, które dzięki swoim cechom fizycznym i chemicznym byłyby korzystne w zastosowaniach w materiałach kompozytowych stosowanych do wypełniania ubytków w kościach.

Badania

Zaproponowano ciągły proces otrzymywania nHAp-PC z wykorzystaniem mieszalników (reaktorów) zderzeniowych o kącie zderzenia strumieni 120° (typ Y). Analizowano różne czasy mieszania reagentów, tj. różne długości mieszalników. Schemat aparatury i graficzne przedstawienie mieszalników zaprezentowano na Rys. 1.

Rys. 1. Schemat instalacji badawczej: 1) zbiorniki z reagentami; 2) pompy dozujące; 3) mieszalnik (reaktor); 4) pH-metr; 5) zbiornik produktu. Poniżej modele 3D stosowanych mieszalników zderzeniowych (reaktorów) o geometrii typu Y.

Otrzymywane cząstki analizowano technikami: mikroskopii elektronowej SEM (rozmiar nanocząstek), śledzenia ruchu nanocząstek NTA i dynamicznego rozproszenia światła lasera DLS (rozmiar agregatów), ruchliwości elektroforetycznej (potencjał zeta, tendencja do agregacji), spektroskopii FTIR-ATR (obecność chemicznych grup funkcyjnych) oraz krystalografii rentgenowskiej XRD (struktura krystaliczna i czystość fazowa).

Rys. 2. Zdjęcie z mikroskopii elektronowej SEM prezentujące kuliste nanocząstki otrzymywane w mieszalnikach zderzeniowych (reaktorach) typu Y (lewa). Rozkłady liczbowe rozmiarów agregatów nanocząstek mierzone różnymi technikami (prawa).

Osiągnięto cel, którym było otrzymanie cząstek o rozmiarach w skali nanometrów (10-30 nm) tworzących większe agregaty (nawet do 800 nm) – Rys. 2. Właściwości chemiczne i krystalograficzne odpowiadały przedstawianemu w literaturze hydroksyapatytowi. W strukturze otrzymywanych cząstek obecna była lecytyna (wynik badania FTIR-ATR, nie przedstawiony na stronie www).

Powyżej przedstawiono najważniejsze uzyskane wyniki, z pominięciem tych, które będą podstawą przygotowywanego wniosku patentowego (reaktor o podwyższonej wydajności otrzymywania agregatów nanocząstek nHAp-PC) lub opracowywanych publikacji naukowych (szczegółowe wyniki analizy wpływu wybranych parametrów procesowych – optymalizacji – na właściwości otrzymywanych w sposób ciągły proszków nHAp-PC).

Dodatkowo, nasz zespół pracował nad techniką oznaczania ilości lecytyny w proszkach nHAp-PC. Wyniki zostaną podane publicznie po opracowaniu i przygotowaniu manuskryptu publikacji.

Zespół projektowy

Prof. dr hab. inż. Tomasz Ciach – kierownik etapu realizowanego na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej, koordynator prac.
Mgr inż. Michał Wojasiński i dr inż. Iga Wasiak (później mgr inż. Joanna Latocha) - Badanie procesu syntezy nHAp-PC w poszukiwaniu optymalnych parametrów prowadzenia procesu. Kontrola i analiza parametrów produktu.

Prezentacje wyników projektu - konferencje

  • 4th World Congress and Expo on Nanotechnology and Materials Science, konferencjamiędzynarodowa, Barcelona 2017, plakat pt. Hydroxyapatite nanoparticles properties in lecithin-based wet chemical precipitation, autorzy: M.Wojasiński, J.Latocha, P.Sobieszuk, T.Ciach;
  • X Jubileuszowa Konferencja Naukowa INŻYNIERIA PROCESOWA W OCHRONIE ŚRODOWISKA połączona z mikrosympozjum „Bioinżynieria 2017”, krajowa, Sarbinowo 2017, prezentacja oraz publikacja pt. Wpływ temperatury na właściwości nanocząstek hydroksyapatytu otrzymywanych w precypitacji z lecytyną, autorzy: M.Wojasiński, J.Latocha, P.Sobieszuk, T.Ciach (opublikowane w Inż. Ap. Chem. 2017, 56, 4, 148-149);
  • 7thEuropean Young Engineers Conference, konferencja międzynarodowa, Warszawa 2018 (23-25 kwietnia), plakat pt. Synthesis of hydroxyapatite nanoparticles in continuous reactor: preliminary experimental results, autorzy:J.Latocha, M.Wojasiński, P.Sobieszuk, T.Ciach.
  • NanoTech Poland 2018 & Symposium on Polydopamine, konferencja międzynarodowa, Poznań 2018 (6-9 czerwca), plakat pt. Solution Blow Spun Poly-L-Lactic Acid/Ceramic Fibrous Composites, autorzy. M.Wojasiński, J.Latocha, P.Sobieszuk, T.Ciach (nagroda)
  • II Doktoranckie Sympozjum Nanotechnologii NanoMat, konferencja krajowa, Łódź 2018 (21-22 czerwca), prezentacja pt. Synteza nanocząstek hydroksyapatytu w reaktorze przepływowym, autorzy: J.Latocha, M.Wojasiński, K.Jurczak, S.Gierlotka, P.Sobieszuk, T. Ciach (nagroda)
  • 4th International Conference on Biomedical Polymers & Polymeric Biomaterials , konferencja międzynarodowa, Kraków 2018 (15-18 lipca), plakat pt. Solution Blow Spun Poly-L-Lactic Acid/Ceramic Fibrous Composites, autorzy. M.Wojasiński, J.Latocha, P.Sobieszuk, T.Ciach

Publikacje

M.Wojasiński, J.Latocha, P.Sobieszuk, T.Ciach. Wpływ temperatury na właściwości nanocząstek hydroksyapatytu otrzymywanych w precypitacji z lecytyną. Inż. Ap. Chem. 2017, 56, 4, 148-149

 
« poprzedni artykuł   następny artykuł »