Rozmowa z dr Dominiką Święch na temat projektu pn. „Badania spektroskopowe w mikro- i nanoskali procesu korozji i jej inhibicji modyfikowanych powierzchni metalicznych wykorzystywanych w implantologii”
Jak w ostatnich latach rozwinęła się implantologia?
W ostatnich dziesięcioleciach, przemysł dotyczący implantów medycznych gwałtownie się rozwinął, co poprawiło znacząco jakość życia milionów ludzi. W implantologii stosowane są różne materiały, które przez określony fragment czasu powinny spełniać wyznaczoną funkcję w organizmie człowieka. Większość implantów jest wykonana z metali oraz ich stopów ze względu na ich unikalne właściwości, np. właściwości mechaniczne (odpowiednią wytrzymałość, odporność na ścieranie), odporność na korozję, biokompatybilność i niskie koszty. Implanty metalowe są stosowane np. w stawach biodrowych i kolanowych, płytkach kostnych, zastawkach serca, stentach w naczyniach krwionośnych, itp..
Dlaczego większość metalowych implantów ulega korozji?
W przypadku kontaktu implantów metalowych z płynami ustrojowymi (które zawierają składniki nieorganiczne i cząsteczki organiczne), na powierzchni metalu zachodzą różne reakcje chemiczne, które mogą wywoływać ich korozję. Na proces korozji implantu wpływają różne czynniki, takie jak np. obecność jonów chlorkowych (które przenikają przez warstwę pasywną ze względu na wysoką dyfuzyjność) i innych jonów (np. jony siarczanowe, fosforanowe), topografia powierzchni, pH, pierwiastki stopowe, konstrukcja implantu, itp.. Ponadto pasywna warstwa, która tworzy się na metalowej powierzchni, może zostać uszkodzona mechanicznie. Proces korozji implantów prowadzi często do uwalniania toksycznych i potencjalnie rakotwórczych produktów korozji, które mogą wnikać do otaczających implant tkanek i powodować np. niepożądaną reakcję biologiczną (np. stan zapalny, martwicę tkanek). Korozja implantu przyczynia się m.in. do skrócenia jego okresu pracy, co wiąże się z kosztowną i obciążającą zdrowie pacjenta wymianą skorodowanego elementu. Z tego powodu projekt badawczy skupia się na niezwykle ważnym zagadnieniu naukowym związanym z badaniem wpływu modyfikacji powierzchni materiałów stosowanych jako implanty na ich odporność korozyjną oraz zjawisk zachodzących na styku implant/potencjalny inhibitor.
Co jest głównym celem projektu?
Pierwszym celem proponowanego projektu jest poddanie procesowi korozji powierzchni metalicznych, takich jak stal nierdzewna (medyczna), tytan (Ti) i stop niklu z tytanem (Ni-Ti), zwykle stosowanych jako implanty (np. ortopedia, ortodoncja), w różnych kontrolowanych warunkach i identyfikacja produktów korozji za pomocą metod spektroskopowych. Głównym celem projektu jest badanie procesu inhibicji powyższych próbek za pomocą aminokwasów i aminokwasów modyfikowanych nanocząsteczkami Cu i Au. Wybrano aminokwasy, ponieważ są związkami nietoksycznymi, stosunkowo tanimi i pełniącymi szereg funkcji biologicznych w organizmie człowieka. Natomiast wykorzystanie metalicznych nanocząstek może zmodyfikować proces korozji implantów, a także wzmacnia sygnał spektroskopowy umożliwiający obrazowanie procesów zachodzących na powierzchni użytych metali
Współpraca z AGH, a także PAN-em jest bardzo ważnym czynnikiem w realizacji projektu, prawda?
Projekt badawczy jest realizowany we współpracy pomiędzy Akademią Górniczo-Hutniczą im. St. Staszica w Krakowie (Katedrą Chemii i Korozji Metali, Wydział Odlewnictwa oraz Akademickim Centrum Materiałów i Nanotechnologii) dysponującą szerokim zapleczem naukowym i aparaturowym do odpowiedniego przygotowania badanych materiałów oraz prowadzenia badań korozyjnych, a Instytutem Fizyki Jądrowej PAN (Zakładem Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych) dysponującym niezwykle nowoczesną aparaturą przystosowaną do specjalistycznych pomiarów spektroskopowych (np. obrazowania nanospektroskopowego). Podjęta współpraca przyczyni się do kompleksowej analizy podjętego tematu badawczego i zapewni wymianę doświadczenia pomiędzy Jednostkami Naukowymi.
numer projektu 2019/35/D/ST4/02703 (konkurs Sonata, źródło finansowania Narodowe Centrum Nauki). Kierownik dr Dominika Święch (Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie).
