Tittel: Pure and ultra-fine grained Titanium for biomedical applications Varighet: 2007–2010 Budsjett: 5,5 millioner kroner Bidrag fra NANOMAT: 5,5 millioner kroner Prosjekteier: SINTEF Samarbeidspartnere: NTNU Institutt for materialteknologi, SINTEF Raufoss Technology, HPT – University of Southampton School of Engineering Sciences (England), UFA State Technical University (Russland) og IBA – Institute for Bioprocessing and Analytical Measurement Techniques (Tyskland).
Mange av oss, som lever lenge nok, kommer til å stifte nært bekjentskap med titan i løpet av vår levetid. Fordi titan tåles godt av kroppen, er metallet svært ettertraktet i proteser og implantater.
Vår benstruktur vokser lett sammen med det, og kroppens immunsystem aksepterer som oftest fremmedlegemet som sitt eget.
Som oftest blandes ofte noen få prosent aluminium eller vanadium inn i titanet for å gi legeringen riktig seighet under utforming og styrke under bruk.
Så lenge legeringen er stabil, er det helt ufarlig for kroppen. Men om legeringen begynner å korrodere, eller ørsmå partikler løsner fra legeringen, kan dette være giftig eller kreftfremkallende. Det skjer svært sjeldent, men er likevel en risiko.
Feil egenskaper
– Å bruke ett hundre prosent rent titan er en løsning, sier seniorforsker John Walmsley ved SINTEF.
Han leder arbeidet med å utvikle en metode for å framstille rent titan av en slik kvalitet at det lar seg forme og bruke til proteser og implantater.
Strukturen i metallet deformeres i en slik grad at kornstørrelsen endres fra mikroskala til nanoskala. (Foto: SINTEF)
– Problemet med rent titan, slik vi får det fra leverandørene, er at det ikke har de riktige mekaniske egenskapene til alle slike bruksområder, sier Walmsley.
Sammen med sine kollegaer jobber han med å utvikle en framstillingsprosess som endrer mikrostrukturen i metallet slik at det får nettopp de ønskede egenskapene.
Nanokorn
Titanet deformeres og endrer struktur blant annet ved å presse det gjennom et 90 graders bend og varmebehandles. (Illustrasjon: SINTEF)
– Ved å bruke en metode som kalles «equal channel angular pressing», forkortet til ECAP, knuser og deformerer vi metallet slik at kornstrukturen endrer størrelse fra mikrometerskala til nanometerskala.
– Ved i tillegg å ettervarme det, blir det mye sterkere, og kan tåles bedre av kroppen enn et ubearbeidet stykke metall. Men det er foreløpig en svært dyr prosess, sier Walmsley.
Også styrken forbedres i det behandlede materialet.
– Ikke like mye som i legeringene, men vi nærmer oss, forsikrer han.
I et prosjekt som nettopp er avsluttet, har Walmsley og hans kollegaer ved SINTEF og NTNU studert hvordan metallets nanostruktur endrer seg i prosessen, for å finne den optimale metoden som gir de riktige egenskapene i metallet.
Seniorforsker John Walmsley ved SINTEF Materialer og kjemi har ledet prosjektet med å utvikle en metode for å framstille titan med tilstrekkelig kvalitet fro bruk i proteser og implantater. Foto: SINTEF
– Forskning andre steder har vist at kroppens tåleevne, biokompatibiliteten til prosessert titan, er enda bedre enn for ren titan. Vår erfaring er at prøver vi har sendt til testing i tyske laboratorier viser at egenskapene er tilsvarende.
– Dette avhenger sannsynligvis av overflatebehandlingen før testene. Dette er uansett svært viktige resultater, fordi titan allerede er et svært godt materiale til medisinsk bruk i utgangspunktet, sier Walmsley.
