HUN-REN-BME Kutatócsoport





Növelt teherbírású, kopásálló implantátum anyagok és felületek fejlesztése

Pályázati azonosító:
K 138472
Támogató:
Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH)
Futamidő:
2021. szeptember 1. - 2025. augusztus 31.
Témavezető (BME):
Prof. Dr. Czigány Tibor
Dr. Szebényi Gábor
Résztvevő kutatók (BME):
Prof. Dr. Czigány Tibor
Dr. Szebényi Gábor
Dr. Kovács Norbert Krisztián
Keszei Kitti
Nemes-Károly István
Ureczki Ágnes

Pályázat összefoglalója

A projekt célja újszerű technológiák, polimerek és polimer kompozitok alkalmazási lehetőségeinek alapkutatás szintű feltárása implantátumokban történő felhasználásra. A kutatásunk két fő pillére támaszkodik. Az első pillér a fém polimer csúszópárok kenésállapotának javítása. A mesterséges ízület polimer anyagának módosításával elérhető hatások átfogó vizsgálata: térhálósítás besugárzással, felületmódosítás graftinggal, valamint felületi nano- és mikroszerkezetek létrehozása. Titánoldali módosítások hatásának vizsgálata térfogati és felületi szerkezetek létrehozásával. A kapott tribológiai és mechanikai jellemzők feltérképezése, interakciók feltárása. A második pillér az implantátumok gyártástechnológiai fejlesztése, amely során célunk újszerű technológiák bevezetésének megvalósítása orvosi minőségű polimerek feldolgozásához, egyénre szabható, gazdaságosan gyártható polimer és polimer kompozit implantátumok létrehozásához. Célunk a 3D nyomtatásban rejlő lehetőségek feltárása, a gyártástechnológiai paraméterek (térkitöltési struktúra, orientáció, porozitás) tribológiai tulajdonságokra gyakorolt hatásainak meghatározása, a 3D nyomtatott szerkezetek kopási tulajdonságainak javítása érdekében közvetlen, in situ módon létrehozott felületi mikrostruktúrák vizsgálata, annak a szerkezet tribológiai viselkedésére gyakorolt hatásának feltérképezése, összevetése a referencia UHMWPE mintákon elvégzett kísérletek eredményeivel. A projekt eredményei elősegítik a hosszabb élettartamú, nagyobb terhelhetőségű és személyre szabható implantátumok létrehozását, akár további, az ipar számára is hasznos szabadalmak is születhetnek.

Pályázat eredményei

1. munkaszakasz
2021. szeptember 1. - 2022. augusztus 31.
A pályázat első évében áttekintettük az implantátumok gyártásához használható polimer és egyéb 3D nyomtatható anyagokat és ezek gyártástechnológiáit. Beszereztük a vizsgálatokhoz szükséges alapanyagokat és az Anton Paar TRB3 tribométert. Vizsgáltuk a nyomtatási paraméterek hatását FFF nyomtatással előállított próbatestek tribológiai viselkedésére. Egytengelyű kopásvizsgálattal vizsgáltuk a cellás titán szerkezetek UHMWPE ellenfelülettel mért kopáscsökkentő hatását.
3D nyomtatott Voronoj cellás titán próbatest SEM felvétele

2. munkaszakasz
2022. szeptember 1. - 2023. augusztus 31.
A pályázat második munkaszakaszában folytattuk a titán-UHMWPE felületek közötti kopáscsökkentő eljárásunk fejlesztését, különböző struktúrájú felületi és térfogati mintákat alkalmazva a titán próbatesteken. A polimer 3D nyomtatás területén vizsgáltuk a generatív tervezés lehetőségét implantátum alkatrészek területén. Megkezdtük az önerősített UHMWPE kompozitok gyártását szinterezéssel UHMWPE porból és orvostechnikai minőségű DYNEEMA szálakból kiindulva.
Önerősített UHMWPE kompozit felülete egytengelyű kopásvizsgálat után

3. munkaszakasz
2023. szeptember 1. - 2024. augusztus 31.

4. munkaszakasz
2024. szeptember 1. - 2025. augusztus 31.



Pályázat támogatásával megjelent közlemények


  1. Gökler D. J., Karácsony A. F., Faragó D., Szebényi G., Kiss R. M., Pap K.: The effect of sterilization and storage on the viscoelastic properties of human tendon allografts - Continued: Storage for 0 to 4 months. Journal of Biomechanics, 162, 111904/1-111904/ (2024) 10.1016/j.jbiomech.2023.111904 IF=2.4 Q3
  2. Kiss B., Párizs R. D., Tóth Cs., Török D., Kovács N. K.: Anyagextrúzió alapú additív gyártástechnológiával készült termékek anizotróp viselkedésének elemzése. Polimerek, 5, 155-160 (2023)
  3. Nemes-Károly I., Szebényi G.: Improving Optical Damage Analysis of Knee Implants from an Engineering Perspective. Periodica Polytechnica-Mechanical Engineering, 67, 151-160 (2023) 10.3311/PPme.21734 IF=1.3
  4. Nemes-Károly I., Szebényi G.: Reliable methods for classification, characterization, and design of cellular structures for patient-specific implants. Materials, 16, 4146/1-4146/ (2023) 10.3390/ma16114146 IF=3.4 Q2
  5. Temesi T., Czigány T.: The effect of surface treatment on the shear properties of aluminium-polypropylene joints manufactured by laser beam. Polymer Testing, 117, 107882/1-107882/ (2023) 10.1016/j.polymertesting.2022.107882 IF=5.1 D1
  6. Tóth Cs., Kovács N. K.: Comparison of the accuracy of analytical models for basalt fiber–reinforced poly(lactic acid) composites prepared by injection molding and fused filament fabrication. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 121, 3999–4010 (2022) 10.1007/s00170-022-09572-8 IF=3.4 Q2
  7. Szederkényi B., Turcsán T., Kovács N. K., Czigány T.: Additív gyártástechnológiával készített, folytonos szállal erősített kompozitok szimulációs elemzése. Gép, 73, 82-87 (2022)
  8. Vas L. M., Tamas P., Bognár E., Nagy P., Kesmarszky R., Pap K., Szebényi G.: Nonlinear fiber-bundle-cells-based phenomenological modeling of human tissue samples. Biomechaniacs and Modeling in Mechanobiology, , 21 (2022) 10.1007/s10237-022-01621-1

© 2014 BME Polimertechnika Tanszék - Készítette: Dr. Romhány Gábor