Ansökan: Multifysikmodeller för utvärdering och prognos av de mekaniska egenskaperna hos degraderbara biomaterial

Tidsperiod:

1 januari 2012 – 31 december 2015

Projektledare:

Cecilia Persson

Projektdeltagare:

Håkan Engqvist

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

3 448 000 SEK

Multifysikmodeller för framtidens bencement Benförlust och benfrakturer, orsakade av t.ex. benskörhet, kan leda till att man behöver ett benersättande material. Bencement baserade på kalciumfosfater är lovande material för benersättning - till sammansättningen liknar de kroppens eget ben och de har även befunnits resorberas i kroppen för att ersättas av patientens eget ben. Dessutom är de injicerbara, vilket gör att öppen kirurgi kan undvikas, vilket medför en minskad komplikationsrisk. Tyvärr är dessa cement spröda och inte godkända för lastbärande applikationer. De har dock testats för användning i en lastbärande situation i ryggkotor, med varierande resultat. En bättre förståelse för dessa materials mekaniska egenskaper över tid skulle kunna undvika olämplig användning, samt göra det möjligt att precisera deras eventuella nya användningsområden. Detta är viktigt eftersom en utökad användning av dessa material skulle kunna minska behovet av mindre biokompatibla material, såsom metaller och vissa polymeriska cement. Tyvärr finns mycket lite information om kalciumfosfaters mekaniska motstånd över tid. Syftet med detta projekt är att utvärdera dessa egenskaper och utveckla modeller som kan förutspå egenskaperna hos dessa samt liknande, relevanta biomaterial. Målet är att få en grundläggande förståelse för relationen mellan materialets sammansättning, dess mikrostruktur och dess mekaniska egenskaper över tid. Forskningen kommer att omfatta experimentell utvärdering samt utveckling av multifysikmodeller (multifysik innebär en kombination av tex hållfasthetslära, fluiddynamik och/eller kemiska reaktioner). Materialets mikrostruktur och mekaniska egenskaper under utmattning kommer att utvärderas experimentellt genom användning av datortomografi och en dynamisk hållfasthetstestare utrustad med ett vätskebad. Dessa resultat kommer att användas som indata samt för validering av datormodellerna. Datormodellerna ska sedan användas för att simulera materialets nedbrytning och mekaniska egenskaper över tid. De ska även användas för andra, liknande material för tidig utvärdering av dessa. Förhoppningen är att detta projekt kan ligga till grund för en mer effektiv användning av kalciumfosfater i klinik samt ge möjlighet till en tids- och kostnadseffektiv utvärdering av material på tidigt forskningsstadium. Kunskapen om relationen mellan materialets sammansättning på nanonivå, struktur på mikronivå och mekaniska egenskaper på makronivå är viktig för att kunna förutspå nedbrytbara materials egenskaper över tid.