STTR Phase I: Mechanical Surface Treatment for High Performance Biodegradable Implants

STTR 第一阶段:高性能可生物降解植入物的机械表面处理

基本信息

  • 批准号:
    1521188
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-07-01 至 2016-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Technology Transfer (STTR) Phase I project is to shift current practices in bone fracture fixation care from using permanent metal implants to biodegradable metal implants (screws, plates, pins, rods, etc.). A promising biodegradable metal that is gaining widespread attention is magnesium. This project will advance magnesium implant technology towards becoming a viable alternative biomaterial for fracture fixation care. A magnesium implant?s biodegradation can be customized to an individual patient or application by modifying surface properties of an implant through surface treatments. If successful, patients will no longer have to rely on off-the-shelf permanent implants for treating bone fractures or require secondary removal surgeries to prevent the long-term complications with these devices. A senior patient with osteoporosis can have an implant that degrades slowly since his/her bones heal slowly, while a younger patient can have an implant that degrades quickly since his/her bones heal quickly. The commercial impact will be an unprecedented shift in the orthopedic industry towards customizable healthcare. The use of biodegradable metal implants will not only improve the quality of life of the affected individuals but also boost the competitiveness of the US medical device industry.The proposed project will demonstrate the feasibility of using surface treatments, such as laser shock peening or burnishing, on the surface of a magnesium implant to control the biodegradation while maintaining necessary mechanical integrity. Permanent metal implants made of titanium or stainless steel have unsatisfactory performance such as stress shielding. In addition, they are often removed with a secondary surgery after the bone heals. An alternative biodegradable material is needed that avoids the complications inherent to permanent metals. Magnesium is a promising biodegradable metal. The critical issue that hinders the adoption of this material for orthopedic applications is its high corrosion rate in the human body. Surface treatments are an effective method to slow the corrosion rate. The research objectives are to (1) create a surface layer on a magnesium alloy that degrades in 3 weeks to 3 months while maintaining structural integrity and (2) develop a model that designs a surface treatment procedure to meet the degradation and structural integrity needs of a patient. These objectives will be accomplished by (a) determining corrosion rate and mechanical degradation rate over time for different surface treatments and (b) understanding the relationships between surface treatment, surface integrity, and performance.
该小企业技术转让 (STTR) 第一阶段项目的更广泛影响/商业潜力是将目前骨折固定护理的做法从使用永久性金属植入物转变为可生物降解的金属植入物(螺钉、板、销、杆等)。镁是一种有前途的可生物降解金属,受到广泛关注。该项目将推动镁植入技术成为骨折固定护理的可行替代生物材料。通过表面处理改变植入物的表面特性,可以针对个体患者或应用定制镁植入物的生物降解性。如果成功,患者将不再需要依赖现成的永久植入物来治疗骨折,也不再需要进行二次移除手术来预防这些装置的长期并发症。患有骨质疏松症的老年患者可以使用降解缓慢的植入物,因为他/她的骨骼愈合缓慢,而年轻患者可以使用降解快速的植入物,因为他/她的骨骼愈合很快。商业影响将是骨科行业向定制医疗保健的前所未有的转变。使用可生物降解的金属植入物不仅可以改善受影响个体的生活质量,还可以提高美国医疗器械行业的竞争力。拟议的项目将展示使用表面处理的可行性,例如激光冲击喷丸或抛光,在镁植入物的表面上控制生物降解,同时保持必要的机械完整性。由钛或不锈钢制成的永久金属植入物的应力屏蔽等性能并不令人满意。此外,它们通常在骨头愈合后通过二次手术去除。需要一种替代的可生物降解材料来避免永久金属固有的复杂性。镁是一种很有前景的可生物降解金属。阻碍这种材料在骨科应用中采用的关键问题是其在人体中的高腐蚀率。表面处理是减缓腐蚀速率的有效方法。研究目标是 (1) 在镁合金上创建一个表面层,该表面层在 3 周到 3 个月内降解,同时保持结构完整性;(2) 开发一个模型,设计表面处理程序,以满足镁合金的降解和结构完整性需求。一个病人。这些目标将通过以下方式实现:(a) 确定不同表面处理随时间的腐蚀速率和机械退化速率;以及 (b) 了解表面处理、表面完整性和性能之间的关系。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Modeling thermal and mechanical cancellation of residual stress from hybrid additive manufacturing by laser peening
通过激光喷丸对混合增材制造残余应力的热和机械消除进行建模
  • DOI:
    10.1016/j.npe.2019.07.001
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Madireddy, Guru;Li, Chao;Liu, Jingfu;Sealy, Michael P.
  • 通讯作者:
    Sealy, Michael P.
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