(Bio)materiały szkliste

Szkło jest wszechobecne w naszym życiu, poczynając od naczyń codziennego użytku, poprzez szkło budowlane aż do szkieł przeznaczonych do specjalnych zastosowań np. w optyce czy też w ochronie zdrowia. Tak różnorodne zastosowanie możliwe jest dzięki specyficznym właściwościom możliwym do uzyskania w odpowiednio dobranych składach tlenkowych szkieł. W grupie materiałów szklistych o specyficznych parametrach chemicznych (ale także machanicznych i optycznych) ważne miejsce zajmują szkła i materiały szklano-krystaliczne do szeroko pojętych zastosowań medycznych. Nasze obecne badania skupiają się na 3 grupach materiałów, a mianowicie szkłach bioaktywnych stosowanych do regeneracji tkanki kostnej i potencjalnych możliwościach ich wykorzystania w inżynierii tkankowej, tworzywach szklano-krystalicznych dla zastosowań w stomatologii estetycznej oraz organiczno-nieorganicznych materiałach hybrydowych wykazujących właściwości antybakteryjne dla potencjalnych aplikacji, w postaci powłok na implantach metalicznych. Tematyka badawcza w obszarze szkieł bioaktywnych obejmuje prace nad opracowaniem/modyfikacją składu chemicznego bioszkieł (krzemianowe, boranowe), sposobów ich syntezy (topienie, zol-żel, metoda samoorganizacji indukowanej odparowaniem) oraz oceny ich bioaktywności i potencjału osteokondukcyjnego/osteoindukcyjnego zarówno w funkcji składu chemicznego, struktury jak i parametrów teksturalnych. Specyfika strukturalna szkła umożliwia wprowadzenie do struktury szeregu modyfikatorów, nadających materiałom dodatkowe, pożądane z punktu widzenia zastosowania, właściwości antybakteryjnych/ antyoksydacyjnych/ angiogennych. W zakresie badań nad tworzywami szklano-krystalicznymi znajduje się zarówno projektowanie składu tlenkowego szkieł bazowych jak i parametrów procesu kierowanej krystalizacji warunkujących otrzymanie materiału o odpowiednim składzie fazowym oraz parametrach mechanicznych/chemicznych/estetycznych pozwalających na zastosowanie wytworzonych materiałów w stomatologii estetycznej. Kolejną grupę materiałów stanowią organiczno-nieorganiczne powłoki hybrydowe dla implantacyjnych podłoży metalicznych. Prowadzone badania związane są z opracowaniem składu chemicznego, sposobu nanoszenia i utwardzania powłok zapewniającego właściwości antybakteryjne i ich wysoką biozgodność.

(Bio)materiały kompozytowe

Poszukiwania nowych materiałów, spełniających rosnące potrzeby i wymagania szeregu gałęzi przemysłu od lat skupiają się na materiałach kompozytowych, w których możliwe jest uzyskanie nowych funkcjonalnych właściwości w porównaniu z właściwościami materiałów składowych. Z tego względu biodegradowalne kompozyty polimerowo-ceramiczne zajmują szczególne miejsce w inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej. Projektowanie i wytwarzanie takich materiałów opiera się na naśladowaniu budowy i właściwości naturalnych tkanek, które są również materiałami kompozytowymi. Tematyka prowadzonych w naszym zespole badań dotyczy możliwości modyfikacji biodegradowalnej osnowy polimerowej (syntetycznej i naturalnej) cząstkami bioaktywnych szkieł o zróżnicowanej charakterystyce w celu uzyskania wielofunkcyjnych materiałów kompozytowych do potencjalnych zastosowań w medycynie regeneracyjnej i inżynierii tkanki kostnej/chrzęstnej/miękkiej. Główna idea zastosowania szkieł polega na wykorzystaniu ich bioaktywnych właściwości w złożonym produkcie finalnym dla poprawy jego integracji/naprawy uzupełnianej tkanki (np. w przypadku tkanki kostnej - na wygenerowaniu osteoindukcji i angiogenezy finalnego materiału kompozytowego). Przy wykorzystaniu szeregu metod wytwarzania kompozytów na osnowie polimerowej (odlewanie z roztworu, odlewanie z roztworu z wymywaniem porogenu, inwersja fazowa, elektroprzędzenie, druk 3D) projektujemy materiały w postaci folii, membran i rusztowań. Zależnie od zastosowanej osnowy polimerowej/rodzaju bioaktywnego szkła i metody przetwarzania możliwa jest kontrola szeregu właściwości materiałowych bezpośrednio warunkujących odpowiedź biologiczną. Ponadto, materiały tego typu wykorzystujemy jako systemy dostarczania naturalnych związków biologicznie aktywnych (ekstrakty związków polifenolowych). W obszarze naszych badań nad materiałami kompozytowymi znajdują się również materiały hydrożelowe oparte na biopolimerach z grupy polisacharydów oraz białek. Prowadzone badania dotyczą przede wszystkim projektowania i optymalizacji techniki wytwarzania materiałów do konkretnego zastosowania (materiały wstrzykiwalne, rusztowania tkankowe), doboru odpowiednich metod sieciowania biopolimerów (chemiczne/termiczne) jak również możliwości wprowadzenia do osnowy polimerowej zarówno cząstek bioaktywnych jak i substancji biologicznie czynnych w celu zwiększenia ich biofunkcyjności.