Giełda wynalazków i projektów. Kości spod prasy

Badania i technologie wykorzystujące wysokie ciśnienia okazały się niezwykle owocne w bardzo wielu dziedzinach. Dzięki temu Instytut Wysokich Ciśnień PAN zdobył sobie od powstania w 1972 r. bardzo wysoką pozycję w gronie polskich jednostek badawczych. Wyraża się to choćby faktem przyznania IWC aż dwóch tytułów Centrów Doskonałości przez Komisję Europejską.

Obecnie Instytut uczestniczy w kilkunastu projektach badawczych programów ramowych Unii Europejskiej i w projektach NATO. Był jednym z pierwszych, jakie potrafiły utworzyć grupę komercyjnych firm high - tech (niektóre z nich mają w nazwie Unipress). W ostatnich latach do szeregu specjalności IWC dołączyła nanotechnologia stając się jednym z najmocniejszych punktów programu badawczego. Tu gwoździem programu jest tworzenie nanocząstek wielkości 5-100 nm. drogą syntezy mikrofalowo- solwotermalnej. Jest to synteza z użyciem rozpuszczalnika pod wysokim ciśnieniem 1- 10 tys. atm., przy100-1000 st. C. Można przy jej użyciu prowadzić domieszkowanie związków podstawowych innymi. Domieszki wbudowywane są w sieć krystaliczną w sposób równomierny dając bardzo regularne struktury. Przy temperaturze 150-400 st.C i ciśnieniu 50 MPa powstają nanoproszki o wielkości cząstek 10 nm i wysokiej czystości chemicznej. Czas procesu jest bardzo krótki - ok. 60 s. W tym celu skonstruowano w Instytucie oryginalne w skali światowej reaktory MSS-1 i MSS-2. Główną pracownią tej technologii jest Laboratorium Nanostruktur dla Nanotechnologii i Nanomedycyny. Prowadzonych jest 6 projektów dotyczących zastosowań otrzymywanych w ten sposób nanoproszków.

Śmierć superbakteriom

Jednym z nich jest AntiBacTex - antybakteryjne tkaniny. Cel to dostarczenie na rynek materiałów tekstylnych i bakteriobójczych bez uwalniania związków aktywnych. Zwłaszcza chodzi tu o tkaniny stosowane w pościeli i ubraniach szpitalnych, gdyż w szpitalach najbardziej groźne są superbakterie odporne na antybiotyki. Nie będą natomiast odporne na włókna tkanin pokryte nanosubstancjami. Technologię opracowano we współpracy z Politechniką Łódzką i Instytutem Biopolimerów i Włókien Chemicznych.

Nowe kości i...

Owoc prac w projekcie Goimplant  to hybrydowy kompozyt o wytrzymałości podobnej do kości ludzkiej (270 MPa) ulegający desorpcji w organizmie. Użyto tu nanometrycznego proszku hydroksyapatytu i CDNHAP (polietylen o ultra wysokiej masie molowej) według technologii własnej. Została ona opatentowana pod nazwą GoHAP. Proszek o ziarnach 10 nm i ogromnej powierzchni właściwej 240 m2/g powstaje w wyniku syntezy mikrofalowo-hydrotermalnej. Taki proszek poddaje się wysokociśnieniowej infiltracji polimerem, który stanowi lepiszcze. Na końcu formowany jest gotowy implant metodą wysokociśnieniowego izostatycznego zagęszczania. Polietylen CDNH jest 10-30 razy gęstszy od zwykłego polimeru i ma wytrzymałość mechaniczną odpowiednią nawet dla części maszyn. Jedna z tajemnic tej technologii polega na takim zagęszczaniu kompozytu pod prasą 1GPa, aby nie doszło do zniszczenia struktury rozmieszczenia nanocząstek.

...więzadła

Kolejny projekt - NanoLigaBond może przynieść ratunek chorym cierpiącym z powodu zerwanych więzadeł lub ścięgien. W 20% przypadków leczenie tradycyjnymi metodami, jak przeszczep fragmentu więzadła z innej części ciała, lub mocowanie tkanki nićmi i śrubami do kości, nie przynosi trwałych rezultatów. Skutkuje ograniczeniem ruchu oraz nieprawidłowym obciążeniem stawów, prowadzącym do ich szybkiego uszkodzenia i konieczności stosowania endoprotez. Nie rozwiązano problemu trwałego mocowania implantu do tkanki kostnej. Może NanoLigaBond będzie przełomowy? Projekt ma na celu zastosowanie syntezy hydroksyapatytu GoHAP oraz pokrycie syntetycznych więzadeł polietylenowych przy użyciu ultradźwięków by indukować wrastania tkanki kostnej pomiędzy włókna więzadeł, mocując je na trwale z tkanką w odróżnieniu od obecnie stosowanego mocowania metalowymi śrubami. Prace zostaną doprowadzone do fazy klinicznej włącznie. Do serii „implantowej” wchodzi też projekt BIOIMPLANT dotyczący ubytków kostnych u chorych onkologicznych.

Poprawianie akustyką

Tematy implantów uzupełnia projekt SONOSCA, (Zastosowanie sono-chemicznych technologii do produkcji bioaktywnych rusztowań dla regeneracji kości), realizowany wspólnie z uczelniami z Łotwy i Izraela. Celem projektu jest sprawdzenie, czy przy pomocy technologii ultradźwiękowych (tzw. sonochemia) można radykalnie poprawić właściwości obecnie badanych rusztowań, pokryć polimerowy szkielet warstwą nanocząstek hydroksyapatytu (NHAP) lub trójfosforanu wapnia, powodującą, że przerastanie porów rusztowania przez tkankę kostną jest przyśpieszone a prawdopodobieństwo wystąpienia stanów zapalnych zmniejszone. Testy wykonuje mała firma komercyjna. Projekt przewiduje też sprawdzenie czy w przypadku rusztowania wykonanego z materiału ceramicznego pokrycie warstwą nanocząstek poprawi właściwości. Cel badawczy łączy się tu z powstaniem nowej technologii. Zadaniem zespołu IWC, wspomaganego przez specjalistów z Wydziału Inżynierii Materiałowej PW jest wykonanie porowatych polimerowych rusztowań z PCL (Polikaprolaktonu) oraz wykonanie koloidalnych zawiesin nano HAP podatnych na oddziaływania ultradźwiękowe i dobrze kryjących.

Instytut Wysokich Ciśnień wyraźnie steruje ku medycynie, choć nie zaniedbuje też zupełnie innych dziedzin zastosowań nowych technologii. az.