Priekopnícka aplikovaná veda: Vedci z CEMEA SAS sú lídrami, vytvárajú úspešné priemyselné partnerstvá a uľahčujú globálny prenos duševného vlastníctva

Spoločnosť CEMEA SAS sa zameriava predovšetkým na výskum a vývoj v oblasti materiálovej vedy s osobitným dôrazom na modifikáciu povrchov a rozhraní pokročilých materiálov vrátane tých, ktoré sa používajú v biomedicíne. Výskum, ktorý spoločnosť CEMEA SAS v tejto oblasti uskutočnila, priniesol pôsobivé výsledky.

Kolektív autorov z CEMEA SAS, doc. Mgr. art. Anna Kityk, PhD. a doc. Ing. Jozef Štefánik, PhD. Miroslav Hnatko, PhD, zohrali kľúčovú úlohu pri vývoji novej technológie elektrochemickej modifikácie povrchu biomedicínskeho titánu a titánových zliatin. Tento inovatívny prístup využíva ekologické elektrolyty na báze hlboko eutektických rozpúšťadiel.

V spolupráci so spoločnosťou Biomedical Engineering Company (Košice, Slovenská republika), popredným výrobcom titánových protéz a implantátov vytlačených 3D tlačou, dokázala spoločnosť CEMEA SAS sformulovať ambiciózne plány a stanoviť konkrétne úlohy, ktoré sú v súlade s požiadavkami trhu. Prostredníctvom tohto výskumného partnerstva sa všetky ciele a plány úspešne realizovali.

V priebehu rokov sa vyvinulo množstvo snáh o zlepšenie povrchových vlastností a bioaktivity titánových protéz a implantátov s cieľom minimalizovať zlyhania implantácie a urýchliť proces hojenia. Hoci sa dosiahol určitý pokrok v technikách modifikácie povrchu titánových výrobkov, hľadanie účinných, cenovo dostupných, rýchlych a nákladovo efektívnych riešení zostáva naliehavou výzvou. Tradičná metóda spracovania titánu, pieskovanie, má pre biomedicínske aplikácie výrazné nevýhody v dôsledku kontaminácie povrchu abrazívnymi časticami. V dôsledku toho boli výrobcovia protéz, implantátov a výskumníci konfrontovaní s potrebou dosiahnuť nekontaminovaný povrch, ktorý má lepšiu zmáčavosť, vysokú odolnosť voči korózii a značnú biokompatibilitu.

Vznik inovatívnej technológie elektrochemickej povrchovej úpravy vyriešil tieto požiadavky pre titán a jeho zliatiny. Tento inovatívny prístup využíva ekologicky šetrné hlboko eutektické rozpúšťadlá, ktoré účinne eliminujú znečistenie povrchu a zároveň zlepšujú kľúčové vlastnosti. Táto technika výrazne zlepšuje zmáčavosť povrchu, zvyšuje odolnosť proti korózii a dosahuje vysokú úroveň biokompatibility. Vďaka týmto pokrokom táto technológia spĺňa všetky požadované kritériá na modifikáciu povrchu titánových protéz a implantátov, čím poskytuje sľubné riešenie na zníženie počtu zlyhaní v implantačnej praxi a urýchlenie procesu hojenia.

Hlboké eutektické zmesi, rozpúšťadlá novej generácie, boli vybrané ako elektrolyty na elektrochemickú úpravu Ti a Ti zliatin vďaka ich početným výhodám oproti vodným a nevodným systémom. Tieto rozpúšťadlá patria do novej triedy s atraktívnymi vlastnosťami vrátane schopnosti biodegradácie (100 % biodegradácia baktériami a hubami do 28 dní v prírodnom prostredí). Vykazujú vysokú tepelnú, chemickú a elektrochemickú stabilitu, majú neutrálne pH a nízku korozívnosť, čo zaručuje bezpečnosť pre ľudí aj životné prostredie. Výhodná kombinácia fyzikálno-chemických vlastností, ktorú ponúkajú tieto nové elektrolyty, umožňuje efektívne a flexibilné navrhovanie povrchových vlastností titánových výrobkov. Jedným z významných bodov je, že elektrochemická úprava v hlbokých eutektických rozpúšťadlách nevyžaduje použitie toxických prísad ani extrémnych teplôt, ktoré si vyžadovali predtým navrhnuté a patentované elektrolyty na eloxovanie titánu. Dostupnosť a relatívne nízka cena zložiek elektrolytu spolu s účinnosťou a jednoduchosťou spracovania stavajú túto novú technológiu do pozície sľubnej alternatívy k najbežnejším metódam spracovania Ti a zliatin Ti.

Osobitný dôraz by sa mal klásť na pozoruhodný potenciál mikro- a nanoinžinierstva povrchov na báze titánu s využitím navrhovanej technológie. Hlboké eutektické rozpúšťadlá ponúkajú možnosť vývoja mikropórov, nanopórov a nanotrubičiek, čím sa otvárajú nové možnosti na dodávanie liečiv, modifikáciu povrchu biomolekulami a integráciu hydroxyapatitu. Tento pokrok v mikro- a nanorovnaní má potenciál pozdvihnúť tieto procesy na novú úroveň. Najmä vytvorenie kombinovanej hierarchickej mikro- a nanoštruktúry, napodobňujúcej zložitú povahu skutočného kostného tkaniva, na povrchu protéz a implantátov môže výrazne zlepšiť prichytenie a rast buniek, čo v konečnom dôsledku zlepší biokompatibilitu.

Pri realizácii projektu a riešení existujúcich výskumných úloh náš priemyselný partner zaznamenal zjavný pokrok a úspechy. Okrem toho sa získané výsledky stali základom dvoch európskych a jednej medzinárodnej patentovej prihlášky:

  • Európska patentová prihláška s názvom „Spôsob elektrochemickej povrchovej úpravy biomedicínskych výrobkov z titánu alebo zliatin na báze Ti“ bola zaregistrovaná pod číslom 22193733.7 (2.9.2022)
  • Európska patentová prihláška s názvom „Spôsob elektrochemickej povrchovej úpravy biomedicínskych výrobkov vyrobených z titánu alebo zliatin na báze Ti“ bola zaregistrovaná pod číslom 22204696.3 (31.10.2022)
  • Medzinárodná patentová prihláška s názvom „Spôsob elektrochemickej povrchovej úpravy biomedicínskych výrobkov vyrobených z titánu alebo zliatin na báze Ti“ bola zaregistrovaná pod číslom PCT/SK2023/050006 (12. 4. 2023)

Prezentácia výsledkov na medzinárodnom fóre organizovanom Taiwanom ukázala značný záujem o dosiahnuté výsledky. Nová technológia vzbudila záujem aj u miestnych výrobcov. Výsledkom spoločného stretnutia a rokovaní bolo podpísanie zmluvy o spolupráci so spoločnosťou MIKROCHEM GROUP (Slovenská republika), ktorá je výrobcom a výskumno-vývojovou firmou nových aktívnych farmaceutických zložiek nových liekov a liečebných postupov, ktoré môžu zachraňovať životy a mať pozitívny vplyv na spoločnosť.

Kancelária transferu technológií SAV nominovala inovácie A. Kityk a M. Hnatka a ich tímu do súťaže „Cena za transfer technológií na Slovensku 2023“, a to v 2 kategóriách: „inovácie“ a „inovátori“.

Niektoré ďalšie informácie nájdete na webových stránkach Kancelárie pre transfer technológií SAV: