29 juli 2005
PERSBERICHT
Levensduur knieprotheses kan met sprongen omhoog dankzij
TU/e-onderzoek
Fundamentele doorbraak polymeertechnologie gepresenteerd in Nature
Materials
Polymeer is het basismateriaal voor veel moderne kunststoffen, van
supersterke vezels tot plastic zonnecellen. Bij verwerking kunnen
echter problemen optreden. De lange polymeerketens blijven in elkaar
verstrengeld waardoor de menging niet optimaal is. Dit leidt tot
slechte producteigenschappen. Een groep onderzoekers aan de Technische
Universiteit Eindhoven (TU/e) onder leiding van dr. Sanjay Rastogi
heeft hiervoor een oplossing gevonden. Zij tonen in het gerenommeerde
tijdschrift Nature Materials aan dat polymeerketens in vloeibare
toestand los van elkaar kunnen bestaan. Deze fundamentele doorbraak
opent een geheel nieuwe wereld voor verwerkingsmethoden en
toepassingsgebieden van polymeren. Zo zou bijvoorbeeld de levensduur
van knieprotheses minstens tien maal verlengd kunnen worden.
Spaghetti-slierten
Kunststoffen bestaan uit lange ketens van moleculen die als een soort
spaghetti-slierten in elkaar verstrengeld zijn. De wijze van
verstrengeling bepaalt onder andere of het materiaal supersterk,
buigzaam, lichtdoorschijnend of elektrisch geleidend is. Het
fabriceren van kunststof producten (zoals vuilniszakken, cd-hoesjes,
speelgoed of zonnecellen) gebeurt door plastic basismateriaal eerst te
smelten en vervolgens in de gewenste vorm en dimensie te persen. Omdat
gesmolten plastic zeer stroperig is (hoog viskeus) zijn daarbij hoge
drukken nodig. Bovendien is het uiteindelijke plastic materiaal niet
altijd van homogene en duurzame kwaliteit.
Fundamentele doorbraak
De prestatie van de onderzoeksgroep onder leiding van dr. Sanjay
Rastogi betekent een fundamentele doorbraak. De Eindhovense
onderzoekers hebben als eerste ter wereld polymeer kristallen zodanig
langzaam en gecontroleerd kunnen verwarmen dat de ketens in vloeibare
toestand niet meer (volledig) met elkaar verstrengeld zijn. De
algemeen geaccepteerde wetten voor het gedrag van polymeren, opgesteld
door de Nobel-prijswinnaar Pierre-Gilles le Gennes, gelden niet voor
deze nieuwe toestand. Een van de belangrijke uitgangspunten van deze
polymeerwetten is namelijk dat vloeibare polymeren altijd in elkaar
verstrengeld zijn.
Levensduur knieprotheses
Niet alleen is het polymeer in gesmolten toestand veel minder viskeus
(tot 80% reductie), maar is het eindproduct ook nog optimaal gemengd.
Dit kan veel voordelen opleveren, bijvoorbeeld bij knieprotheses.
Hierbij is een polyethyleenlaag aangebracht tussen het bot en de
metalen of keramische delen. De slijtvastheid van het plastic is hier
in het geding. Doordat in het product nog steeds korrelgrenzen
aanwezig zijn die zwakke plekken vormen, laten bij elke voetstap zon
500.000 microscopische deeltjes los. Hierdoor is de levensduur van de
knieprothese beperkt tot 10-15 jaar. Door de nieuwe aanpak van het
TU/e-team kan die levensduur met een factor 10 tot 100 toenemen.
Het team van TU/e-onderzoekers bestaat uit dr. Sanjay Rastogi en ir.
Dirk Lippits van de faculteit Scheikundige Technologie en dr.ir.
Gerrit Peters van de faculteit Werktuigbouwkunde. Het onderzoek is in
samenwerking met het Duitse Max Planck Institute for Polymer Research
uitgevoerd. In de toekomst zal de TU/e, in de groep van dr. Rob
Duchateau van Scheikundige Technologie, polymeren met variërende
eigenschappen worden gemaakt om zo nog meer controle over de gewenste
eigenschappen te verkrijgen.
Technische Universiteit Eindhoven