Titanium/polymer sheets designed for biomedical application; Feasibility study

专为生物医学应用而设计的钛/聚合物片材;

基本信息

项目摘要

The research group of IMET, TU Clausthal, and IPCMS, Uni Strasbourg, is working together since a decade of years developing and characterizing sandwich sheet materials of metal/polymer combinations for automotive applications. It extended its activities into the field of biomedical use with new challenges concerning the combination of biocompatible materials some years ago. As the use of epoxy resins, uncritical for the automotive, is not applicable for biomedical use, new ways for a good and safe bonding are necessary to be developed for these combinations of metal and polymer materials. The goal of the general project is the design of new titanium(Ti)/polymer(P)/Ti hybrid sheets to be used for biomedical applications, the control of their interface, their mechanical properties and shaping behavior. The advantages of these systems usable for cranioplasty and mandible surgery will be a lightweight multilayer system with graded strength conditions and improved thermal and acoustic properties with respect to titanium alone, and with mechanical properties that can be designed close to the bones ones. The elaboration of these systems, the process development, the analysis of the properties and their forming limits is foreseen to be performed in synergy between the French and German partners with the main objectives:1) Use a new developed chemical process to design P/Ti interfaces free of epoxy resins currently used as adhesive agents in sandwich sheets (SMs) for automotive applications. 2) Fabricating Ti/P/Ti or Ti/P SMs for cranioplasty and mandible surgery with tailored mechanical properties close to the bones behaviour.Up to now, the new grafting from method, investigated by IPCMS, could successfully be introduced for a Ti surface 10 x 10 mm². A polymerization initiator could be grafted on a modified Ti (Grade 1) sheet surface via a phosphonate anchor. Linear polymer chains of polymethylmethacrylate (PMMA) could be grown from the initiator using a controlled radical polymerization process up to a thickness of approximately one micron. The aim of this short time project (9 months) is to investigate the feasibility of using this grafting from method to produce sandwich sheets (aiming at size A6 or even A5). The results are foreseen to be used for a new, strengthened and final bilateral project within the next DFG-ANR program.The steps foreseen are to1. prepare the metal sheet surface in a homogeneous way without defects or strongly (weakening?) differences in the layer coated on the metal,2. find suitable process conditions for combining the single layers to a sandwich sheet with a3. suitable, reproducible bond.
IMET、TU Clausthal和IPCMS(Uni斯特拉斯堡)的研究小组自十年来一直在共同开发和表征用于汽车应用的金属/聚合物组合夹层板材。几年前,它将其活动扩展到生物医学应用领域,提出了关于生物相容性材料组合的新挑战。由于环氧树脂的使用对汽车不重要,不适用于生物医学用途,因此需要开发用于金属和聚合物材料的这些组合的良好和安全粘合的新方法。总体项目的目标是设计用于生物医学应用的新型钛(Ti)/聚合物(P)/Ti混合片材,控制其界面,机械性能和成形行为。这些可用于颅骨成形术和下颌骨手术的系统的优点是轻质多层系统,具有分级强度条件和相对于单独钛的改进的热和声学性能,并且具有可以设计为接近骨骼的机械性能。这些系统的精心设计、工艺开发、性能分析及其成形极限预计将在法国和德国合作伙伴之间协同进行,主要目标是:1)使用新开发的化学工艺设计P/Ti界面,不含目前用作汽车夹层板(SM)粘合剂的环氧树脂。 2)制造用于颅骨成形术和下颌骨手术的Ti/P/Ti或Ti/P SM,具有接近骨行为的定制机械性能。到目前为止,通过IPCMS研究的新移植方法可以成功地用于10 x 10 mm²的Ti表面。聚合引发剂可以通过膦酸酯锚接枝到改性的Ti(1级)片材表面上。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的线性聚合物链可以使用受控的自由基聚合过程从引发剂生长至约1微米的厚度。这个短期项目(9个月)的目的是研究使用这种接枝方法生产夹层板(针对A6甚至A5尺寸)的可行性。预计这些结果将用于DFG-ANR下一个计划中的一个新的、加强的和最终的双边项目。以均匀的方式制备金属板表面,没有缺陷或强烈(弱化?)在金属上涂覆的层的差异,2.找到合适的工艺条件以将单层结合成具有A3的夹层板。合适、可再现的结合。

项目成果

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Resin-free three-layered Ti/PMMA/Ti sandwich materials: Adhesion and formability study
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2019.03.039
  • 发表时间:
    2019-06-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Reggente, Melania;Harhash, Mohamed;Carrado, Adele
  • 通讯作者:
    Carrado, Adele
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知道了