Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Environmental friendly piezoelectric materials for sensors, actuators and implants in medical technology

Alternativ tittel: Miljøvennlige piezoelektriske materialer for sensorer, aktuatorer og implantater i medisinsk teknologi

Tildelt: kr 8,9 mill.

Medisinsk teknologi er svært viktig for framtidens helsevesen, og denne teknologien er avhengig av forskjellige komponenter som sensorer, aktuatorer og implantater som skal benyttes inne i kroppen f.eks. som blodtrykksmålere og pace makere. Det er også viktig at disse komponentene er autonome, dvs. de er selvforsynt med energi og ikke trenger å opereres ut av kroppen og erstattes av nye for å skifte batteri. Piezoelektriske keramiske materialer er viktige for dette, men mange av dagens komponenter benytter ikke-bærekraftige blyholdige materialer. At et materiale er piezoelektrisk betyr at det skapes en ladning på overflata av det når det utsettes for en mekanisk belastning. Materialet altså kan generere elektrisk strøm ut fra vibrasjoner og bevegelser slik som et bankende hjerte. Bruken av giftige bly-baserte materialer er utfordrende i forhold til å benytte materialene i kroppen og for komponentenes livsløp dvs. fra framstilling til resirkulering. I dette prosjektet har vi etablert en plattform for utvikling av miljøvennlige og biokompatible piezoelektriske materialer for medisinsk teknologi. Vi bidrar derfor til å møte framtidas utfordringer i forhold til forbedret helsetilbud og ny medisinsk teknologi i tillegg til å redusere miljøbelastningen de bly-holdige materialene gir, noe som bidrar til flere av FNs bærekraftsmål. De materialene vi har utvikle er biokompatible og de har høy stabilitet i biologiske systemer samtidig som de har en høy funksjonell ytelse. Materialene er basert på bariumtitanat og alkaliniobat som er forventet å ikke frastøtes av kroppen vår. En av utfordringene med bruk av materialene i kroppen er at de kan komme i kontakt med kroppsvæske og vi har ved hjelp av små endringer i sammensetningen gjort dem mere bestandige i biologiske miljø samtidig som de funksjonelle egenskapene har blitt forbedret. I de medisinske komponentene benyttes de piezoelektriske materialene som tynne filmer på et substrat, og et av hovedmålene med prosjektet er utvikling av teknologi for å framstille slike tynne filmer. Vi bruker en enkel kjemisk deponeringsmetode som er basert på en vandig løsning eller en fysisk deponeringsmetode ved å benytte sputtering av materialet fra et target. Vi har utviklet flere metoder for å lage blyfrie piezoelektriske filmer med gode funksjonelle egenskaper. Denne teknologien har også blitt videreutviklet til å deponere filmer på fleksible (bøybare) substrat som polymere ved å overføre filmen fra et fast substrat til et fleksibelt ett. Denne forskningen representerer den aller siste utviklingen internasjonalt innen dette feltet og vil være et viktig steg for å implementere materialene i medisinske komponenter. Videre har vi i samarbeid med University of Sydney gjort et pionerarbeid for å undersøke biokompatibiliten til alkaliniobatfilmene ved å studere hvordan forskjellige typer celler utvikler seg i nærkontakt med dem. Resultatene er svært lovende for vår bruk av materialene ved at celletestene viser at biokompatibiliteten er høy.

Prosjektet Environmental friendly piezoelectic materials for sensors, actuators and implants in medical technology har utviklet nye materialer som kan benyttes i medisinsk teknologi og disse materialenes biokompatibilitet. Prosjektet har bidratt til å etablere biokeramer som et fagområde i faggruppen FACET Funksjonelle materialer og materialkjemi, Institutt for materialteknologi. Dette er et svært viktig område som vil bli ytterligere forsterket i framtida. Prosjektet har også styrket den tverrfaglige aktiviteten på instituttet gjennom et internasjonalt forskningssamarbeid med det medisinske fakultet, University i Sydney. Dette er et svært viktig samarbeide da de har komplementær kompetanse til oss og består med evalueringen av biokompatibiliteten til materialene. Prosjektet har også bidratt til et mye større fokus på ansvarlig forskning i FACET forskningsgruppen og dette har blitt implementert som en naturlig del av vår virksomhet.

Medical technology is rapidly developing to improve diagnosis and medical treatment tools and providing important health benefits. Advances in medical technology rely on further development of sensors, actuators and implants to be used also in vivo. Current devices utilizing piezoelectric/ferroelectric materials are based on non-sustainable lead-containing materials. The use of toxic lead-based materials is challenging both with respect to in vivo application of the materials and to the life-cycle of devices. In this project including strong international collaboration we will conduct research with the aim to establish a platform for synthesis of environmentally friendly and biocompatible high-performance piezoelectric materials for medical technology. The project will thus contribute to meet future challenges with improved health care and new medical technology as well as reduced environmental concerns. The project consists of five mutually dependent work packages which include compositional engineering of the KNN- and BZCT-based materials to achieve biocompatible materials with high durability in biological conditions while still maintaining high piezoelectric performance. Further chemical solution deposition routes to thin films of the biocompatible and durable piezoelectric materials will be developed and in order to exploit the results of the compositional engineering on an industrially relevant platform for MEMS, protocols to deposit thin films by CSD onto silicon substrates using buffer layers will be developed. A comprehensive materials characterization program is established and special focus will be given to study the biocompatibility of the new materials. The project will be dependent on extended use of the national research infrastructures such as RECX, NORTEM and NORFAB. The project will educate one PhD candidate and one post doc and 5-10 publications in international peer review journals will be published.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale