Nanorør, der helbreder:Ingeniør bedre ortopædiske implantater

(PhysOrg.com) - Titanium og dets legeringer har et ben på alle andre materialer, der bruges til at lave de ortopædiske implantater, der bruges af kirurger til at reparere beskadigede knogler og led. De er lette, superstærk, og praktisk talt inert inde i kroppen. Men om implantaterne er bestemt til dit knæ, din hofte, din rygsøjle eller din kæbe, det sølvfarvede metal har en stor ulempe.

"Titanium har en spejloverflade, ”Siger Tolou Shokufar, en ph.d.-kandidat i maskinteknik-ingeniørmekanik. Celler klæber ikke særlig godt til det, så implantater bliver ofte ruet op, før de placeres i kroppen.

En god måde at ru titan på er at ætse nanorør ind i det, da de giver en fantastisk overflade for knogleceller at gribe fat i som en del af helingsprocessen. Men ætsning af nanorør i titaniumlegeringen foretrukket af kirurger er ikke billig. Konventionelle teknikker kræver platin, som koster over $ 1, 700 ounce.

Gennem sit ph.d. -arbejde med professor Craig Friedrich, direktør for Multi-scale Technologies Institute, Shokufar har udviklet en billigere måde at ætse nanorør ind i titanlegeringen. I en svag opløsning af ammoniumfluorid, hun nedsænker to stænger, en af ​​legeringen, en anden af ​​kobber, og tilslutter dem til en strømkilde. En elektrisk strøm strømmer ind i kobberet, gennem opløsningen og ud af titanen.

"Det tærer titandioxidlaget på titanen i form af et rør, ”Shokufar siger, at lave nanorør omkring syv mikron lange og hundrede nanometer i diameter. At dyrke det ideelle rør tager cirka to timer.

Derefter anvender hun varme og tryk på titaniumlegeringen, glødning af nanorørene for at give dem en hydrofil, krystallinsk struktur. Overfladen tiltrækker ikke kun vand, test viser, at det giver et venligt sted for celler at vokse. Shokufar har udført eksperimenter med fibroblaster - celler, der danner arvæv - og viser, at de vokser hurtigere på et lag af hendes titandioxid -nanorør end på den uændrede overflade af titaniumlegeringen. Næste, hun sigter mod at lave et lignende eksperiment med knoglevoksende osteoblaster.

Fordi nanorørene er kemisk identiske med titaniumlegeringen, Shokufar forventer, at hendes innovation relativt let kan godkendes til medicinsk brug. Det kan også have en lang række andre applikationer, lige fra levering af lægemidler til solceller til brintproduktion.

Hendes teknik virker enkel, men det startede ikke sådan. ”Det tog meget tid at finde ud af, " hun siger. “Jeg ville tilbringe dage og dage under SEM, og da jeg sov, Jeg så nanorør inde i mine øjenlåg. ”

Det har været det værd at se de perfekte ark med nanorør vokse under hendes pleje, imidlertid. "Jeg kan virkelig godt lide dem, " hun siger. "De er som mine babyer."