(according to the project evolution in time):

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; _________________________

Implanturile medicale sunt bine cunoscute în societatea modernă. Persoanele în vârstă, cel mai beneficiar dintre ele, sunt, de asemenea, mai expuse altor proceduri terapeutice. Implanturile inteligente își vor ușura viața de zi cu zi. Prezenta propunere își propune să dezvolte un cadru multidisciplinar adecvat și generic, cu o abordare focalizată pe materiale, pentru dispozitive medicale inteligente și multifuncționale pentru sistem de comunicare centrat pe corp. Șansa de a folosi aliaje (metalice), pentru dispozitive noi cu funcționalități suplimentare importante și capabile să genereze resurse economice și bunăstare socială, constituie provocările principale ale proiectului de cercetare. Dispozitivele dezvoltate, compatibile cu utilizări ortopedice, vizează funcții avansate datorită prezenței (i) antenei microstrip pentru comunicarea intra-corp sau (ii) a stratului periodic depozitat pe suprafața sa urmand reducerea reiradiatiei in cazul unui screening (cloaking). Astfel de structuri implantate în interiorul corpului pot fi exploatate în diferite scenarii în scopuri de comunicare, eliminând necesitatea expunerii personaleor la screeningul manual suplimentar sua discriminare sociala. Prezența unui strat continuu de oxid nanoporos pe aliajul metalic reprezintă o oportunitate ulterioară pentru îmbogățirea bioactivității în suprafață, cu posibilitatea de a încorpora alte tipuri de molecule terapeutice care se pot elibera, în cazul unei necesități, în corpul uman.

Medical implants are well-known in modern society.
Elder people, the most beneficiary of them, are also more exposed to other
therapeutic procedures. Smart implants will ease their everyday life. 

The
present proposal aims to develop a suitable and generic multidisciplinary
framework, with a materials focused approach, for smart and multifunctional
medical devices for body-centric communication system. The chance to make use
of (metallic) alloys, for new devices with important additional functionalities
and able to generate economic resources and social well-being, constitutes the
main challenges of the research project. The developed devices, potentially
compatible with load-bearing orthopaedic uses, target advanced functions due to
the presence of 

Such structures implanted inside the body can be exploited in different scenarios for communication purpose eliminating the necessity of the human being exposure to additional manual screening and social discrimination. 

The presence of a continuous nanoporous oxide layers on the metallic alloy, acting as support for the electromagnetic functions, represents a further opportunity for surface bioactivity enrichment with the possibility to incorporate other types of therapeutic molecules to be released, if necessary, within the human body.

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Durata
proiectului: 04.01. 2021 – 31.12.2023

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; În
acest proiect de cercetare exploratorie studiile s-au concentrat asupra obiectivelor
într-un cadru multidisciplinar. În cele trei etape a proiectului echipa de
proiect, cercetători cu experiență și expertiză în diferite domenii a
desfășurat studiile în vederea (i) obținerii aliajelor metalice biocompatibile
inovative, pe bază de Ti (ii) funcționalizarea suprafețelor metalice realizate
prin depunerea de TiO2 nanostructurat capabilă de a fi echipată cu
antenă folosind metoda anodizării electrochimice pe aliajul metalic, precum
caracterizarea structurii obținute, (iii) aplicarea unui înveliș bioprotector
și dielectric, pe suprafețele obținute
capabile să susțină modelul conductiv necesar de forma corespunzătoare
asigurând funcționalități suplimentare, (iv) dezvoltarea unor structuri electromagnetice pentru comunicare centrat
pe corp. &nbsp;

S-au dezvoltat sisteme metalice bazate pe Ti - Nb - Zr
- Ta și Ti - Nb - Zr - Fe, folosind elemente netoxice, urmărind, pe de o parte,
studiul aliajelor obținute, pe de altă parte, posibilitatea de a îmbogăți lista
aliajelor de Ti de tip β, dezvoltate până în prezent, pentru aplicații
biomedicale. Procesul, prin metoda topirii prin levitație magnetică a condus la
obținerea unor aliaje fără defecte, cu o compoziție omogenă și fără
macro-segregări. Caracterizarea a evidențiat că compozițiile studiate prezintă
proprietăți mecanice adecvate care sunt în conformitate cu caracteristicile
altor aliaje de Ti utilizate în mod obișnuit pentru aplicații similare. Este de
remarcat faptul că modulul elastic obținut este de aproximativ jumătate față de
cel al aliajului Ti6Al4V (folosit actual), aspect important atunci când aliajul
este folosit pentru înlocuirea unui os fracturat, deoarece evită un fenomen
biomecanic care provoacă modificări adaptive ale rezistenței și rigidității
osoase în jurul implanturilor metalice, care pot duce la slăbirea implantului.
Biocompatibilitatea este satisfăcută pentru toate aliajele obținute
experimental. Analizând caracteristicile
biomecanice <a></a><a>confirmă faptul că forțele aplicate pe
proteza de șold, nu reprezintă o problemă pentru rezistența aliajelor studiate,
aceste materiale fiind de o rezistență majoră chiar și pentru tensiuni foarte
mari care pot apărea după implantarea protezei în corpul uman. </a>Deformația protezei de șold realizat din
Ti10Nb10Zr5Ta/ Ti20Nb10Zr5Ta prezintă cea mai mică deformație dintre toate
materialele studiate. Deformația specifică este aproximativ 0% pentru toate
componentele, așadar nici unul din aceste aliaje metalice nu intră în curgere. 

S-au realizat modificarea suprafețelor
prin anodizare electrochimică obţinând straturi multifuncționale
nanostructurate de TiO2 nanoporos, strat care reprezintă o
oportunitate ulterioară pentru îmbogățirea bioactivității în suprafață a
aliajului. 

S-au
observat bune caracteristici de hidrofilie a aliajelor metalice, care s-a
accetuat în urma unui tratament termic. O hidrofilie optimă va favoriza un
eventual proces de integrare cu structurile biologice unde aceste materiale se
vor implanta.

S-a dezvoltat o
structură a unui implant echipat cu antenă, care constă din (i) implantul
acoperit de (ii) un substrat dielectric care previne scurtcircuitul între
acesta (planul de masă) și (iii) o antenă conformă imprimată. Antena trebuie să
fie conductivă electric, astfel încât să poată fi utilizate aceleași aliaje
biocompatibile. Grosimea stratului metalic depus trebuie să asigure
continuitatea electrică. Aplicarea unui înveliș bio-protector (dielectric), pe
suprafețele obținute care la rândul său susține modelul conductiv necesar de
forma corespunzătoare asigură funcționalități suplimentare. Folosirea naturii
metalice a implanturilor ca plan de masă, permite o economie semnificativă de
spațiu a designului final, constituind o noutate suplimentară a prezentei
cercetări.

Pe aceste
suprafețe s-a depus într-un sistem de pulverizare prin pulverizare cu curent
continuu un strat de titan de grosimea de 3 micrometri.<br>

S-a realizat studiul şi proiectarea circuitelor și pe baza rezultatelor obținute s-au efectuat&nbsp; simulări
în mediul asemănător
unui picior uman, considerând un mediu pe cât posibil
realistic, folosind o structură
metalică
conică,
cu dimensiuni asemănătoare
unui implant standard. Rezultatele obținute
reflectă reducerea amplitudinii componentei spectrale a modului fundamental şi
a primului mod superior la zero, iar procesul poate fi extins la un număr
arbitrar de straturi, cu o reducere a amprentei electromagnetice (cloaking).

În concluzie, rezultatele
obținute din punct de vedere al structurii/microstructurii, proprietăți
mecanice, biocompatibilitate, etc. sunt satisfăcute. Testarea caracteristicilor
electromagnetice a prototipurilor realizate a condus la validarea structurii
echipate cu antenă. 

Cercetările
efectuate pot constitui punctul de pornire spre dezvoltarea, pe scară mai largă
(nu numai în laborator) a unui dispozitiv medical funcțional capabil să
genereze resurse economice și bunăstare socială, fapt care a constituit
principala provocare a acestui proiect de cercetare și constituie totodată caracterul
său inovator.

Posibilitatea
de a folosi un aliaj metalic inovativ, pe bază de Ti şi alte elemente netoxice,
pentru construirea unei configurații complexe (aliaj metalic-materiale
dielectrice-acoperire metalică de formă dată pe suport conform) pentru un
sistem de comunicare centrat pe corp, nu a fost dezvoltat până în prezent în literatura
științifică (conform cunoștințelor mele), care este un important rezultat științific
obținut şi poate satisface nevoi reale şi importante în societate. Structura propusă, compatibilă cu
utilizări ortopedice, vizează funcții avansate, care în viitor pot fi introduse
în interiorul corpului și exploatate în diferite scenarii în scopuri de
comunicare. 