Etapa I

• Selectarea, pe baza celor mai noi tendinte ale cercetarii pe plan mondial, a compozitiei bioaliajului din care se vor realiza noile implante ortopedice cu suprafata functionalizata, a metodelor de obtinere a suprafetei structurate in vederea functionalizarii acestei
• Selectarea metodelor de caracterizare privind compozitia chimica, structura si proprietatile mecanice ale bioaliajului, precum si ale suprafetei structurate.
• Cerintele pentru dispozitive medicale impuse de actele normative nationale armonizate cu cele europene (directive, standarde) si cele mai noi tendinte ale cercetarilor in domeniu pe plan european si mondial, pentru a fi luate in considerare la proiectarea compozitiei noului bioaliaj ce va fi dezvoltat in proiect.
• Stabilirea compozitiei aliajului pe baza de titan cu elemente de aliere netoxice (Zr, Nb, Ta), care sa asigure o biocompatibilitate ridicata si caracteristici fizico-mecanice specifice materialelor destinate executiei implantelor ortopedice.
• S-au selectat 2 metode pentru modificarea superficială controlată a suprafeţelor bioaliajelor în scopul biofuncţionalizării acestora: metoda chimică verde şi cea electrochimică. Cu aceste metode ce nu au fost încă abordate în România, se va obţine o îmbunătăţire semnificativă a proprietăţilor acestora (bioactivitate, biocompatibilitate şi proprietăţi tribologice).
• S-au stabilit metodele de analiza necesare caracterizarii chimice, fizico-structurale si mecanice a bioaliajului: pentru analiza chimica - spectrometria prin fluorescenta de raze X; pentru analiza structurala, metalografica - microscopia optica; pentru proprietatile mecanice - incercarea la tractiune si determinarea modului de elasticitate Young.
• S-au selectat următoarele metode de caracterizare a suprafeţei structurate a bioaliajelor: microscopia electronică de transmisie - TEM; microscopia electronică de baleiaj - SEM; microscopia Raman; voltametria ciclică; polarizarea lineară; spectroscopia electrochimică de impedanţă - EIS; variaţia în timp a potenţialelor în circuit deschis; variaţia în timp a gradienţilor de potenţial în circuit deschis; metoda calculului statistic Medcalc.
• 2 comunicari la Congres International.

Etapa II

• S-a stabilit compozitia bioaliajului care se studiaza in proiect: Ti-20Nb-10Zr-5Ta.
• Metoda de sinteză a aliajului a fost topire in vid in cuptor cu inductie magnetica in levitatie cu creuzet rece.
•  S-a elaborat si experimentat la scara de laborator fluxul tehnologic corespunzator. S-au obtinut probe de bioaliaj turnat pentru caracterizare.
• Rezultatul analizei chimice evidentiaza o compoziţie chimica foarte apropiata de compozitia de calcul.
• S-a proiectat si experimentat tehnologia de procesare termo-mecanica, fluxul pe operatii si parametrii tehnologici: forjare libera a lingoului turnat încalzit la 1000°C; deformare cu tratamente intermediare de recoacere subcritica, de recristalizare in domeniul a, temperatura de încalzire fiind de 700⁰C, iar durata de menţinere de 10 minute, racirea facandu-se cu cuptorul.
• S-a efectuat caracterizarea chimica, fizico-structurala si mecanica a bioaliajului in stare turnata si dupa procesarea termo-mecanica.
• Prelucrabilitatea noului aliaj este cvasiidentica şi uşor mai buna fata de a materialelor de referinta titan nealiat şi aliaj Ti-6Al-4V.
• Rezistenta la coroziune (2000 ore de imersie) a noului aliaj Ti-20Nb-10Zr-5Ta a fost studiata in solutii fiziologice Ringer-Brown si Ringer de diferite valori de pH.
• Vitezele de coroziune au plasat noul aliaj in clasa de rezistenta Perfect Stabil si Foarte Stabil.
• Potentialele in circuit deschis au prezentat valori electropozitive cu tendinta de innobilare pe întreaga durata de monitorizare, atestand starea pasiva stabila a aliajului.
• Gradientii de potential in circuit deschis au valori mici care nu pot genera coroziune galvanica sau locala.
• Noul aliaj prezinta pasivitate spontana in solutiile fiziologice studiate, filmul pasiv se formeaza foarte usor si este stabil pe un domeniu foarte larg de potential.
• Mecanismul de pasivare consta in formarea unui film pasiv cu doua straturi: un strat intern, compact, bariera responsabil de buna rezistenta a aliajului si un strat exterior poros, format la interfata cu electrolitul, prin care se desfasoara usoare procese de dizolvare a filmului pasiv.
• S-au elaborat metodele electrochimice si chimice de structurare controlată a suprafetei noului aliaj Ti-20Nb-10Zr-5Ta si s-au estimat parametrii procedeelor.
• S-au selectat si proiectat două tipuri de implanturi.
• Intalnire de lucru cu partenerii din Slovenia, septembrie 2010, Bucuresti.
• 1 lucrare stiintifica publicata in revista indexata ISI.
• 1 comunicare la Congres International.

Etapa III

• Lotul test din aliaj Ti-20Nb-10Zr-5Ta s-a elaborat in cuptor cu levitatie cu creuzet rece, care asigura temperaturile Inalte necesare topirii niobiului si tantalului, pierderi minime ale elementelor cu tensiuni mici de vapori (Ti, Zr), un continut foarte scazut de impuritati metalice si gazoase si o structura compacta, fina, cu un grad avansat de omogenitate atat din punct de vedere al compozitiei chimice cat si al dimensiunii si formei grauntilor.
• Bilantul de materiale pe sarja arata un randament la faza de topire de 99,26 - 99,89%, tinand seama si de materialele recuperabile rezultate.
• Analiza chimica evidentiaza o compozitie chimica foarte apropiata de compozitia de calcul, Intru-cat pierderile nerecuperabile Inregistrate  au fost foarte mici.
• Testele mecanice evidentiaza faptul ca noul bioaliaj Ti-20Nb-10Zr-5Ta are un modul Young apropiat de cel al osului uman (59,26 GPa fata de 30Gpa la osul uman) si o foarte buna rezistenta mecanica In stare turnata. Aceste caracteristici asociate cu Inalta biocompatibilitate datorata titanului si elementelor de aliere netoxice, recomanda noul bioaliaj ca un material de perspectiva pentru aplicatii In implantologia ortopedica.
• Pentru structurarea controlata a suprafetei noului bioaliaj Ti-20Nb-10Zr-5Ta s-au proiectat si experimentat doua tehnologii electrochimice:

- tehnologie de structurare controlata a suprafetei bioaliajului prin metoda polarizarii anodice potentiostatice In solutie Ringer;

- tehnologie de structurare controlata a suprafetei bioaliajului prin metoda polarizarii anodice galvanostatice In solutie de acid ortofosforic.

• Caracterizarea suprafetelor procesate electrochimic s-a efectuat prin masuratori de: difractie de raze X (XRD), spectroscopie In infrarosu (FT-IR), spectroscopie Raman, microscopie optica, microscopie electronica de baleiaj (SEM) si microscopie de forta atomica (AFM).
• Caracterizarea interfetei bioaliaj cu suprafata structurata / fluide biologice s-a realizat folosind polarizarea ciclica potentiodinamica si lineara, spectroscopia electrochimica de impedanta si monitorizarea potentialelor In circuit deschis si a gradientilor de potential corespunzatori pentru o perioada de 300 ore de imersie In fluidele biologice.
• A rezultat o comportare superioara a bioaliajului cu suprafata structurata galvanostatic deoarece toti parametrii electrochimici au valori mai bune fata de cei ai aliajului neprocesat si fata de cei ai aliajului procesat potentiostatic, dovedind ca procesarea galvanostatica produce un film foarte compact si rezistent, cu capacitate protectoare mai buna decat a celui obtinut prin procesare potentiostatica.
• S-a organizat workshop-ul international „Titanium alloys for automotive, aerospace and biomedical applications” cu participanti din Romania, Slovenia, Franta, Italia unde s-au prezentat 5 comunicari stiintifice privind rezultatele partiale ale proiectului.

Etapa IV

• Pentru structurarea controlata a suprafetei noului bioaliaj Ti-20Nb-10Zr-5Ta s-a proiectat si experimentat o tehnologie chimica verde.
• Caracterizarea suprafetelor procesate chimic s-a efectuat prin masuratori de: RS, XRD si SEM.

- Spectroscopia Raman a confirmat existenta acoperirii de hidroxiapatita.

- Prin spectroscopie de difractie de raze X (XRD) s-a identificat prezenta hidroxiapatitei cristaline pe suprafata probelor.

- Microanalizele SEM au evidentiat filme continue cu o morfologie globulara care acopera complet suprafata bioaliajului..

• Caracterizarea interfetei bioaliaj cu suprafata structurata / fluide biologice s-a realizat folosind polarizarea ciclica potentiodinamica si lineara, spectroscopia electrochimica de impedanta si monitorizarea potentialelor In circuit deschis si a gradientilor de potential corespunzatori pentru o perioada de 2000 ore de imersie In fluidele biologice.
• S-au obtinut urmatoarele rezultate: o comportare de metal ce se autopasiveaza si care are curenti de pasivitate redusi, mai mici decat ai aliajului neprocesat atestand ca filmul format pe suprafata aliajului Ti-20Nb-10Zr-5Ta procesat chimic actioneaza ca un strat protector, Imbunatatind rezistenta la coroziune a aliajului; curenti si viteze de coroziune scazute (In clasa de rezistenta „Perfect Stabil”), mai mici decat pentru suprafata neprocesata, ca urmare a efectului protector al filmului de hidroxiapatita format pe suprafata aliajului; parametrii de impedanta arata o comportare capacitiva, adica un film protector ce are caracter de bariera In calea patrunderii ionilor agresivi.
• S-a participat la workshop-ul „Titanium alloys for biomedical applications” organizat In Slovenia de catre Institutul „Iozef Stefan” din Liubljana si Universitatea din Primorska unde s-au prezentat 2 comunicari stiintifice privind rezultatele partiale ale proiectului; s-au trecut In revista stadiile de realizare a etapelor si activitatilor proiectului precum si a celor care urmeaza a fi executate; s-au stabilit sarcinile si termenele ce revin partenerilor pentru Indeplinirea obiectivelor etapei 4 a proiectului.

Etapa V

• In urma analizei comparative s-a selectat ca metoda optima de functionalizare a suprafetei noului aliaj Ti-20Nb-10Zr-5Ta, metoda chimica verde care conduce la depunere directa de hidroxiapatita printr-un procedeu chimic, rapid, fara consum de energie, fara impuritati, asigurand o bioactivitate si osteoinductie foarte buna si scurtand astfel timpul de osteointegrare a implantului.
• Stabilitatea structurii, compozitiei si functionalitatii acoperirii de hidroxiapatita a fost evidentiata prin microscopie SEM si Raman si spectroscopie EDX si XRD, precum si prin monitorizarea parametrilor electrochimici pe termen lung. A rezultat ca acoperirea si-a mentinut stabilitatea si s-a Ingrosat In timp prin noi depuneri din solutiile fiziologice, deci aceasta acoperire este bioactiva, osteoinductiva si osteoconductiva.
• Experimentarile de demonstare a tehnologiei de sinteza a bioaliajului au stabilit: bilanturile de materiale la topire care evidentiaza un randament al fazei de topire intre 99,21 - 99,99%; pierderile nerecuperabile de 0,01 – 0,18 % sunt pierderi de titan, singurul element din compozitia aliajului care poate inregistra pierderi la topire, datorita tensiunii de vapori mai mari fata de cea a zirconiului, niobiului sau tantalului; raportat la lingou, randamentul este intre 89,10 si 91,59%.
• Experimentarile de demonstrarea tehnologiei de procesare termo-mecanica a bioaliajului turnat Ti20Nb10Zr5Ta s-au desfasurat conform fluxului si parametrilor stabiliti, utilizand echipamentele selectate in faza de elaborare a tehnologiei.
• Demonstrarea aplicabilitatii tehnologiilor (electrochimica si chimica) de functionalizare controlata a suprafetei implantelor s-a realizat prin monitorizarea pentru o perioada de 3000 h a vitezelor de coroziune In solutii Ringer si Ringer-Brown.

- Acoperirea oxidica obtinuta electrochimic a Imbunatatit rezistenta la coroziune a aliajului si a permis depuneri de compusi protectori din fluidul uman simulat.

- Acoperirea de hidroxiapatita obtinuta chimic dovedeste abilitate de formare de noi straturi de HA (principalul component anorganic al osului uman), prin urmare abilitate de crestere a osteoinductiei si osteoconductiei sale.

• S-a proiectat si experimentat tehnologia de executie a modelului de implant si s-au realizat implante ortopedice si dentare pentru testare.
• Caracterizarea implantelor care au fost acoperite cu hidroxiapatita prin metoda chimica s-a facut prin studiul morfologiei si omogenitatii acoperirii (SEM), precum si a compozitiei acesteia (EDX). S-a demonstrat stabilitatea structurala si compozitionala a suprafetei functionalizate a implantelor realizate.
• Analiza tehnico-economica elaborata a luat in considerare aplicarea la agentul economic partener de proiect a tehnologiilor de executie a unor noi implante cu suprafata functionalizata, pentru care s-a estimat investitia necesara si s-au calculat principalii indicatori tehnico-economici. Aceasta analiza a demonstrat eficienta inalta a investitiei si indeplinirea unuia dintre obiectivele principale ale proiectului de a pune la dispozitia pacientilor implante ortopedice cu inalta biocompatibilitate si proprietati de oseointegrare la preturi foarte accesibile, inferioare actualelor preturi de piata care sunt pentru implante mult mai putin performante.
• S-a organizat In Romania workshop-ul „In-vitro biocompatibility and corrosion resistance of advanced developed alloys with biofunctionalized surface” de catre Institutul de Chimie Fizica „Ilie Murgulescu”, In perioada 17 – 20 mai 2012 unde s-au prezentat 5 comunicari stiintifice privind rezultatele partiale ale proiectului, s-au organizat Intalniri si vizite de lucru ale participantilor In proiect; si s-au trecut In revista stadiile de realizare a etapelor si activitatilor proiectului.
• S-a participat la workshop-ul „Characterization of bioactive coatings on titanium alloys surface” organizat In Slovenia In perioada 25 – 26 septembrie 2012 de catre Institutul „Iozef Stefan” din Liubljana si Universitatea din Primorska unde s-au prezentat 6 comunicari stiintifice care au sintetizat o parte din datele experimentale obtinute In proiect, s-a analizat stadiul de realizare a ultimei etape si a angajamentelor cu privire la diseminare, s-au selectat rezultatele ce urmeaza a fi publicate In lucrari comune, s-au discutat perspective de dezvoltare ale materialelor studiate In cadrul proiectului, s-au antamat planuri de realizare noi aliaje biocompatibile pentru viitoare propuneri de proiecte.