Innowacyjne materiały do wytwarzania protez kończyn. Nowy odcinek podcastu „Trzy kwadranse z badawczą”

Nawet 60 mln ludzi na całym świecie nie ma fragmentu kończyny i potrzebuje protezowania. A to proces skomplikowany, wymagający dużo czasu i pieniędzy. Naukowcy z kilku zespołów Politechniki Warszawskiej połączyli więc siły, żeby znaleźć alternatywę dla obecnie wykorzystywanych rozwiązań. O efektach pracy i planach opowiada prof. Joanna Ryszkowska z Wydziału Inżynierii Materiałowej.

„Trzy kwadranse z badawczą” to cykl rozmów, w którym naukowcy z Politechniki Warszawskiej opowiadają o swoich projektach realizowanych w ramach programu „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza”.

Zapraszamy do słuchania odcinka z prof. Joanną Ryszkowską. Podcast jest dostępny na Spotify, Anchor i YouTubie.

Materiały to podstawa

Protezy kosmetyczne, mechaniczne, bioniczne – różnią się wyglądem, stopniem złożoności, funkcjonalnościami. Wszystkie mają pomóc w codziennym życiu. Żeby tak faktycznie było, muszą być wykonane z odpowiednich materiałów.

– Te materiały, w zależności od tego, w jakim miejscu protezy zostaną zaimplementowane, powinny mieć różną charakterystykę mechaniczną, ale też spełniać różne funkcje, np. dobrze przenosić wysokie naprężenia czy drgania (…), służyć do mocowania (…) konstrukcji, chronić elektronikę (…) – wyjaśnia prof. Ryszkowska.

Naukowcy z PW skupili się w swoim projekcie na materiałach do protez kosmetycznych. Mimo że taka proteza nie jest niesamowicie zaawansowana technologicznie, i tak są w niej szczegóły, o których trzeba wiedzieć i o które trzeba zadbać.

Prawie jak astronauta

Żeby zamontować protezę na kikucie, potrzebny jest tzw. lej mocujący. Zwykle wykonuje się go z gumy silikonowanej, a to wiąże się z kilkoma problemami. Po pierwsze, materiał sprawia, że kikut się poci. Po drugie, trudno przenosić naprężenia z kikuta na protezę.

Elementem łączącym lej z kikutem może być jednak wkładka, oczywiście wyprodukowana z dobrze dobranego materiału.

– Zaproponowaliśmy taki materiał przejściowy, który ma wchłonąć pot – mówi prof. Ryszkowska. – Po zdjęciu (…) protezy można taki materiał wyprać (…) i nadal będzie funkcjonalny.

Tym materiałem są otwartokomórkowe pianki poliuretanowe. Takie pianki wykorzystuje się na przykład, żeby chronić astronautów w trakcie lotu w przestrzeń kosmiczną.

Wyzwanie za wyzwaniem

Wkładka pomiędzy kikutem a lejcem mocującym to jedno. Ale sam lej też musi być odpowiednio wykonany – tak, żeby łączył trwałość z elastycznością.

– W pierwszych prototypach (…) protez kosmetycznych lej został wykonany z termoplastycznego poliuretanu – opowiada prof. Ryszkowska. – (…) Mamy na razie małą gamę (…) elastomerów poliuretanowych, które można zastosować (…), pierwsze były za sztywne.

Poziom wyzwania cały czas rośnie, bo kolejnym elementem protezy są przeguby – bardzo skomplikowane konstrukcje, bo związane ze stawami, a więc ruchome. Do ich wytwarzania wykorzystuje się poliamidy.

– Modyfikujemy poliamidy pod kątem zmiany cech funkcjonalnych (…), żeby nie ścierały się, żeby mechanizm możliwie jak najdłużej mógł pracować bezawaryjnie (…) – opisuje prof. Ryszkowska. (…) Opracowujemy nowe kompozyty, które w tych wymagających zastosowaniach w przegubach protez będą mogły pracować. Chcemy, żeby te kompozyty można było również wytwarzać technikami druku 3D, żeby [było] łatwiej i szybciej (…). Materiałów, które chcemy sprawdzić i zweryfikować w ramach projektu jest bardzo dużo.

Ostatnim etapem prac będzie wytworzenie pierwszej protezy, która pozwoli zweryfikować przydatność użytych materiałów. Na to potrzeba oczywiście czasu.

Współpraca międzywydziałowa

Projekt „Materiały polimerowe o zróżnicowanej charakterystyce mechanicznej i funkcjonalnej, przeznaczone do wytwarzania protez kończyn technikami addytywnymi” jest finansowany w ramach realizowanego na Politechnice Warszawskiej programu „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza”. Pomysł otrzymał wsparcie w konkursie Technologie-Materiałowe-2: Advanced.

W badania zaangażowanych jest kilka zespołów z PW: z Wydziału Chemicznego (odpowiada za modyfikacje poliamidów do ruchomych elementów protez), Wydziału Inżynierii Materiałowej (zajmuje się piankami i elastomerami poliuretanowymi), Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa (specjalizuje się w druku 3D). Kierownikiem całego projektu jest dr inż. Maciej Dębowski z Wydziału Chemicznego.