Prin intermediul nanotehnologiilor către următoarea generație de materiale de restaurare dentară
NANODENT
PN-III-P4-PCE-2021-0292
(92PCE/2022)
Soluția dezvoltată în proiectul de cercetare va duce la completarea tratamentului dentar prin posibilitatea de a obține proprietăți antibacteriene și eliberare lentă a principiilor active după închiderea cavității, cu proprietăți mecanice sporite.
Scopul proiectului
Scopul principal al proiectului este de a propune un potențial material de restaurare dentară cu proprietăți antibacteriene simultan cu o rezistență mecanică sporită, pe bază de nanomateriale apatitice substituite (decorate cu nanoparticule metalice) și compuși naturali, aplicabili în cimenturi ionomeri de sticlă.
Autoritate contractantă: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării
Perioada de implementare: 09/05/2022-31/12/2024
Buget: 1.200.000 lei
Director de proiect: Dr. Habil. Radu Claudiu Fierăscu
Conceptul științific al proiectului se bazează pe câțiva pași logici specifici:
S1. Sinteza nanomaterialelor apatitice modificate (MAN), substituite cu diferite metale, cum ar fi zinc, argint, titan etc., și decorate în continuare cu nanoparticule fitosintetizate mono sau bimetalice și nanoparticule de oxizi metalici (cum ar fi nanoparticule de argint și oxid de argint, nanoparticule de zinc și oxizi de zinc, nanoparticule bimetalice argint/zinc etc.), cu morfologii și proprietăți controlate;
S2. Demonstrarea proprietăților lor îmbunătățite;
S3. Îmbogățirea MAN cu compuși naturali (polifenoli disponibili comercial, cum ar fi eugenolul, acidul galic sau catechina, de exemplu) – NNC;
S4. Obținerea de platforme pe bază de nanoparticule (încorporarea materialelor apatitice îmbunătățite cu compuși naturali în cimenturile ionomeri de sticlă – NGI);
S5. Demonstrarea proprietăților îmbunătățite ale produsului obținut – platforme bazate pe nanoparticule (NGI);
S6. Demonstrarea eficienței acestora în modelul de laborator (condiții simulate);
S7. Validarea soluției propuse.
Scopul principal al proiectului este de a propune un potențial material de restaurare dentară cu proprietăți antibacteriene simultan cu o rezistență mecanică sporită, pe bază de nanomateriale apatitice substituite (decorate cu nanoparticule metalice) și compuși naturali, aplicabili în cimenturi ionomeri de sticlă.
Gradul de noutate al proiectului propus reiese din proprietățile materialului propus legate de potențiala aplicare finală: rezistență mecanică îmbunătățită și simultan activitate antibacteriană a structurilor dezvoltate pe bază de nanomateriale, aplicabile în cimenturi ionomeri de sticlă.
Obiectivele specifice care vor asigura realizarea scopului proiectului sunt:
SO1. dezvoltarea de materiale apatitice substituite cu proprietăți antimicrobiene îmbunătățite;
SO2. fitosinteza nanoparticulelor mono și bimetalice pe baza abordărilor „chimie verzi” (cu extracte obținute din plante autohtone aparținând familiei Lamiaceae – Thymus serpyllum L., 1753, Satureja hortensis L., 1753, Melissa officinalis L., Mentha spicata L., etc.) și aplicarea acestora pentru decorarea materialelor apatitice, în vederea obținerii de nanomateriale apatitice modificate (MAN) cu proprietăți antimicrobiene îmbunătățite.
SO3. îmbogățirea MAN cu compuși naturali (NNC)
SO4.încorporarea NNC în cimenturile ionomeri de sticlă și demonstrarea eficienței acestora
Dezvoltarea de nanostructuri apatitice cu potențială utilizare în îmbunătățirea materialelor de restaurare dentară actuale.
Perioadă de implementare: 09/05/2022 – 31/12/2022
Activități:
Optimizarea decorarii materialelor apatitice. Îmbogățirea materialelor apatitice modificate cu compuși naturali – partea I.
Perioadă de implementare: 01/01/2023 – 31/12/2023
Activități:
Îmbogățirea materialelor apatitice modificate cu compuși naturali – partea II. Incorporarea materialelor apatitice modificate imbunatatite cu compusi naturali in cimenturile ionomeri de sticla (pentru obtinerea platformelor pe baza de nanomateriale – PBN) si studiul influenței lor asupra proprietăților mecanice ale CIS-urilor. Demonstrarea și validarea proprietăților îmbunătățite ale PBN-urilor obținute.
Perioadă de implementare: 01/01/2024 – 31/12/2024
Activități:
Premii instituționale & individuale
Rezumat
Atacul acid al bacteriilor cariogene asociate dezvoltării biofilmului plăcii dentare este responsabil pentru cariile dentare, o boală infecțioasă dependentă de biofilm care dăunează dinților prin pierderea de minerale și prezintă o incidență ridicată a utilizării polimerilor pentru restaurre clinică. Complexitatea biofilmelor orale contribuie la dificultatea dezvoltării de materiale dentare noi eficiente. Cavitatea bucală reprezintă un mediu ideal pentru creșterea celulelor microbiene, persistența și formarea plăcii dentare.
Prezența diferitelor micronișe duce la apariția diferitelor comunități de biofilm, formate pe suprafața dinților, deasupra crăpăturii gingivale sau la nivel subgingival, pe limbă, mucoase sau pe materialele protetice dentare. În acest context, nanotehnologia are potențialul de a fi explorată în dezvoltarea materialelor dentare bioactive pentru a reduce sau a modula activitățile bacteriilor legate de carii. Scopul principal al proiectului este de a propune un potențial material de restaurare dentară cu proprietăți antibacteriene simultan cu o rezistență mecanică sporită, pe bază de
nanomateriale apatitice substituite (decorate cu nanoparticule metalice) și compuși naturali, aplicabili în cimenturi ionomeri de sticlă. Propunerea de proiect răspunde unei cereri practice reale, care decurge din discuțiile cu comunitatea stomatologilor.
Gradul de noutate al proiectului propus reiese din proprietățile materialului propus legate de potențiala aplicare finală: rezistență mecanică îmbunătățită și simultan activitate antibacteriană a structurilor dezvoltate pe bază de nanomateriale, aplicabile în cimenturi ionomeri de sticlă.
Activitățile prevăzute a fi realizate pe parcursul primului an de implementare au fost:
Activitățile propuse au fost realizate integral, susținând continuarea proiectului în anul 2023. Astfel, au identificate posibilitățile de încorporare a diferitelor tipuri de materiale țintă (materiale apatitice, nanoparticule, etc.) și au fost dezvoltate și studiate atât materiale apatitice căt și nanoparticule metalice fitosintetizate.
Rezultatele obținute au fost diseminate în cadrul comunității științifice, rezultatele diseminării fiind prezentate pe larg în cadrul site-ului proiectului (varianta în limba română – https://icechim.ro/project/nanodent/, varianta în limba engleză – https://icechim.ro/project/nanodent_en/), dar și prin intermediul Newsletter-ului săptămânal al Ministerului Cercetării, Inovării și Digitalizării.
Nr. | Rezultat estimat | Rezultat realizat |
---|---|---|
1 | Raport preliminar privind dezvoltarea nanomaterialelor apatitice modificate (NAM); | A fost realizat raportul preliminar privind posibilitățile de dezvoltare a nanomaterialelor apatitice modificate, sintetizându-se și caracterizându-se o serie de materiale apatitice modificate |
2 | Raport privind posibilitățile de a încorpora nanomaterialele dezvoltate în cimenturile ionomeri de sticla | A fost realizat raportul privind modificarea cu nanomateriale a cimenturilor ionomeri de sticlă (publicat sub forma unei lucrări review) |
3 | Raport preliminar privind proprietățile antimicrobiene ale nanomaterialelor apatitice | A fost realizat raportul preliminar privind proprietățile antimicrobiene ale materialelor apatitice obținute |
4 | Raport privind proprietățile antimicrobiene ale NP fitosintetizate; | A fost realizat raportul privind proprietățile antimicrobiene ale NP fitosintetizate (publicat sub forma a două articole ISI) |
5 | Transmiterea spre publicare a cel puțin doua articole ISI in reviste Q1/Q2 | Au fost publicate trei articole ISI în reviste Q1/Q2 |
6 | Participarea la cel puțin o manifestare științifică | Au fost înregistrate două participări la manifestări științifice internaționale |
7 | Participarea la cel putin 1 salon de inventii | Au fost înregistrate trei participări la saloane de inventică, obținându-se o serie de premii, prezentate pe site-ul proiectului |
8 | Pagina web a proiectului și campanie online pe social media | A fost dezvoltat site-ul proiectului, atât în limba română cât și în limba engleză; proiectului a fost diseminat prin intermediul social media, dar și prin intermediul Newsletter-ului săptămânal al MCID |
Rezumat
Atacul acid al bacteriilor cariogene asociate dezvoltării biofilmului plăcii dentare este responsabil pentru cariile dentare, o boală infecțioasă dependentă de biofilm care dăunează dinților prin pierderea de minerale și prezintă o incidență ridicată a utilizării polimerilor pentru restaurare clinică. Complexitatea biofilmelor orale contribuie la dificultatea dezvoltării de materiale dentare noi eficiente. Cavitatea bucală reprezintă un mediu ideal pentru creșterea celulelor microbiene, persistența și formarea plăcii dentare. Prezența diferitelor micronișe duce la apariția diferitelor comunități de biofilm, formate pe suprafața dinților, deasupra crăpăturii gingivale sau la nivel subgingival, pe limbă, mucoase sau pe materialele protetice dentare.
În acest context, nanotehnologia are potențialul de a fi explorată în dezvoltarea materialelor dentare bioactive pentru a reduce sau a modula activitățile bacteriilor legate de carii. Scopul principal al proiectului este de a propune un potențial material de restaurare dentară cu proprietăți antibacteriene simultan cu o rezistență mecanică sporită, pe bază de nanomateriale apatitice substituite (decorate cu nanoparticule metalice) și compuși naturali, aplicabili în cimenturi ionomeri de sticlă. Gradul de noutate al proiectului propus reiese din proprietățile materialului propus legate de potențiala aplicare finală: rezistență mecanică îmbunătățită și simultan activitate antibacteriană a structurilor dezvoltate pe bază de nanomateriale, aplicabile în cimenturi ionomeri de sticlă.
Activitățile prevăzute a fi realizate pe parcursul celei de a doua etape a proiectului au fost:
Activitățile propuse au fost realizate integral, susținând continuarea proiectului în anul 2024. Astfel, au fost continuate activitățile legate sinteza și optimizarea sintezei nanomaterialelor apatitice, precum și a nanoparticulelor fitosintetizate, au fost obținute și testate din punct de vedere antimicrobian materialele apatitice modificate îmbogățite cu compuși naturali, oferindu-se astfel posibilități reale de punere în practică a soluțiilor dezvoltate.
Rezultatele obținute au fost diseminate în cadrul comunității științifice, rezultatele diseminării fiind prezentate pe larg în cadrul site-ului proiectului (varianta în limba română – https://icechim.ro/project/nanodent/, varianta în limba engleză – https://icechim.ro/project/nanodent_en/).
Nr. | Rezultat estimat | Rezultat realizat |
---|---|---|
1 | Raport final privind dezvoltarea nanomaterialelor apatitice modificate (NAM) | A fost realizat raportul final privind dezvoltarea nanomaterialelor apatitice modificate |
2 | Raport final privind proprietățile antimicrobiene ale nanomaterialelor apatitice | A fost realizat raportul final privind proprietățile antimicrobiene ale nanomaterialelor apatitice |
3 | Raport final privind proprietățile antimicrobiene ale NP | A fost realizat raportul final privind proprietățile antimicrobiene ale NP |
4 | Raport privind optimizarea NAM | A fost realizat raportul privind optimizarea NAM |
5 | Raport preliminar privind dezvoltarea nanomaterialelor apatitice modificate îmbogățite cu compuși naturali | A fost realizat raportul preliminar privind dezvoltarea nanomaterialelor apatitice modificate îmbogățite cu compuși naturali |
6 | Transmiterea spre publicare a cel puțin trei articole ISI in reviste Q1/Q2 | Au fost publicate trei articole ISI în reviste Q1/Q2 (total 6 articole publicate din 8 prevăzute) |
7 | Participarea la cel puțin cinci manifestări științifice | Au fost înregistrate cinci participări la manifestări științifice internaționale (total 7 din 10 prevăzute) |
8 | Participarea la cel putin 3 saloane de inventii | Au fost înregistrate treisprezece participări la saloane de inventică, obținându-se o serie de premii, prezentate pe site-ul proiectului (indicator depășit la nivelul proiectului) |
9 | Actualizarea paginii web a proiectului si continuarea campaniei online pe social media | Site-ul proiectului, atât în limba română cât și în limba engleză a fost continuu actualizat; proiectul a fost diseminat prin intermediul social media |
10 | Alte activități | Au fost realizate și alte activități:
|
Rezumat
Atacul acid al bacteriilor cariogene asociate dezvoltării biofilmului plăcii dentare este responsabil pentru cariile dentare, o boală infecțioasă dependentă de biofilm care dăunează dinților prin pierderea de minerale și prezintă o incidență ridicată a utilizării polimerilor pentru restaurare clinică. Prezența diferitelor micronișe duce la apariția diferitelor comunități de biofilm, formate pe suprafața dinților, deasupra crăpăturii gingivale sau la nivel subgingival, pe limbă, mucoase sau pe materialele protetice dentare. În acest context, nanotehnologia are potențialul de a fi explorată în dezvoltarea materialelor dentare bioactive pentru a reduce sau a modula activitățile bacteriilor legate de carii. Scopul principal al proiectului este de a propune un potențial material de restaurare dentară cu proprietăți antibacteriene simultan cu o rezistență mecanică sporită, pe bază de nanomateriale apatitice substituite (decorate cu nanoparticule metalice) și compuși naturali, aplicabili în cimenturi ionomeri de sticlă. Gradul de noutate al proiectului propus reiese din proprietățile materialului propus legate de potențiala aplicare finală: rezistență mecanică îmbunătățită și simultan activitate antibacteriană a structurilor dezvoltate pe bază de nanomateriale, aplicabile în cimenturi ionomeri de sticlă.
Activitățile prevăzute a fi realizate pe parcursul celei de a treia etape a proiectului au fost:
a. Act 3.1 – Evaluarea efectelor antimicrobiene și a biocompatibilității NAM imbogatite cu compusi naturali
b. Act 3.2 – Evaluarea caracteristicilor mecanice ale materialelor apatitice îmbogățite cu compuși naturali
c. Act 3.3 – Obținerea și caracterizarea cimenturilor ionomeri de sticlă pe bază de nanomateriale îmbogățite cu compuși naturali (NGI) cu proprietăți mecanice îmbunătățite.
d. Act 3.4 – Evaluarea proprietăților antimicrobiene și a biocompatibilității NGI
e. Act 3.5 – Evaluarea eliberării de compuși activi în condiții similare celor reale (soluții de salivă sintetică).
f. Act 3.6 – Evaluarea efectelor antibacteriene și a biocompatibilității în condiții similare celor reale (soluții de salivă sintetică)
g. Act 3.7 – Evaluarea proprietăților mecanice, aderenței și proprietăților de termoizolare în condiții similare celor reale (soluții de salivă sintetică); validarea solutiei propuse
h. Act 3.8 – Elaborarea documentației tehnice pentru tehnologie și produse și a cererilor de brevet de inventie.
i. Act 3.9 – Diseminarea rezultatelor si a proiectului
Activitățile propuse au fost realizate integral, susținând astfel finalizarea cu succes a proiectului. Astfel, au fost continuate activitățile legate sinteza și optimizarea fitosintezei nanoparticulelor, au fost evaluate efectele antimicrobiene, biocompatibilitatea și proprietățile mecanice ale nanomaterialelor apatitice îmbogățite cu compuși naturali, obținute și caracterizate cimenturile ionomeri de sticlă pe bază de nanomateriale îmbogățite cu compuși naturali cu proprietăți mecanice îmbunătățite, fiind evaluate proprietățile antimicrobiene și biocompatibilitatea acestora, precum și evaluarea eliberării de compuși activi, efectele antibacteriene și biocompatibilitatea în condiții similare celor reale (în soluții de salivă sintetică), precum și proprietățile mecanice, aderența și proprietăților de termoizolare ale acestora. Materialele propuse au fost validate de laboratoare externe. În plus, a fost elaborată documentația tehnică pentru tehnologie și produse și a fost finalizată activitatea de elaborare a cererilor de brevet de invenție.
În cadrul acestei etape a fost finalizată activitatea de diseminare a proiectului și a rezultatelor obținute, fiind înregistrate depășiri semnificative ale celor mai mulți indicatori asumați.
Rezultatele obținute au fost diseminate în cadrul comunității științifice, rezultatele diseminării fiind prezentate pe larg în cadrul site-ului proiectului (varianta în limba română – https://icechim.ro/project/nanodent/, varianta în limba engleză – https://icechim.ro/project/nanodent_en/).
Gradul de realizare a indicatorilor estimați
Rezultat estimat | Rezultat obținut | Grad de realizare |
---|---|---|
Raport final privind dezvoltarea nanomaterialelor apatitice modificate îmbogățite cu compuși naturali; | A fost realizat raportul final privind dezvoltarea nanomaterialelor apatitice modificate (cap. 1 și 2 ale RST) | 100% |
Raport privind dezvoltarea de platformelor pe baza de cimenturi ionomeri de sticlă/nanomateriale imbogatite cu compuși naturali (NGI); | A fost realizat raportul privind dezvoltarea de platformelor pe bază de cimenturi ionomeri de sticlă/nanomateriale îmbogățite cu compuși naturali (NGI) (cap. 3 al RST) | 100% |
Raport privind proprietățile NGI; | A fost realizat raportul privind proprietățile NGI (cap. 4-7 ale RST). A fost realizată validarea externă a materialelor, de către un laborator independent universitar (cap. 7 al RST). | 100% |
Documentația tehnică pentru tehnologie și produse; | A fost realizată documentația tehnică pentru tehnologie și produse (cap. 8 al RST) | 100% |
Cel puțin două cereri de brevet (pentru întreaga perioadă a proiectului); | În cadrul etapei III a fost depusă o cerere de brevet de invenție. În total au fost depuse trei cereri de brevet de invenție (cap. 9 al RST) | 150% |
1 workshop de prezentare și promovare a proiectului și a posibilelor aplicații (pentru întreaga perioadă a proiectului) | În cadrul etapei a III-a a fost organizat un workshop. În total au fost organizate două workshop-uri | 200% |
Publicarea unei cărți/capitol de carte la o editura internațională (pentru întreaga perioadă a proiectului) | A fost publicat un capitol de carte (raportat în etapa a II-a) | 100% |
Transmiterea spre publicare a cel puțin opt articole ISI in reviste Q1/Q2 (din care 3 în etapa III) | Au fost trimise spre publicare zece articole în reviste Q1 și Q2, din care au fost publicate 9 (patru Q1 și 5 Q2). În etapa a treia au fost trimise spre publicare/publicate patru articole. | 125% |
Participarea la cel puțin zece manifestări științifice (din care cel puțin patru în etapa III) | A fost înregistrată participarea la 14 manifestări științifice (din care șase ca invited lecture); din acestea, șapte au fost înregistrate în etapa III | 140% |
Participarea la cel puțin șase saloane de invenții (din care cel puțin 2 în etapa III) | A fost înregistrată participarea la 25 de saloane de invenții (din care nouă în etapa III) | 417% |
Impactul estimat al acestui proiect este considerabil, având potențialul de a redefini practicile actuale în stomatologie și de a aduce inovații majore în domeniul materialelor de restaurare dentară. Cele trei cereri de brevet depuse reflectă progrese esențiale în dezvoltarea unor materiale compozite avansate, care îmbină nanotehnologia cu fitonanotehnologia, oferind soluții multidimensionale pentru provocările clinice actuale.
Cel mai semnificativ rezultat al proiectului constă în dezvoltarea unor materiale de restaurare dentară care înglobează atât nanotehnologia avansată, cât și fitonanotehnologia – o ramură inovatoare ce valorifică nanoparticule metalice fitosintetizate (utilizând extracte naturale). Aceste materiale au fost validate de laboratoare independente, demonstrând o combinație optimă între biocompatibilitate, activitate antimicrobiană îmbunătățită și rezistență mecanică sporită. Aceste caracteristici poziționează materialele ca fiind revoluționare, cu potențial de a reduce semnificativ riscul infecțiilor post-tratament, de a extinde durata de viață a restaurărilor dentare și de a diminua necesitatea reintervențiilor.
Această realizare nu doar că deschide noi perspective pentru cercetările viitoare, dar are și un impact direct asupra calității vieții pacienților, oferindu-le tratamente mai sigure și mai eficiente. În plus, utilizarea fitonanotehnologiei contribuie la sustenabilitate prin integrarea unor resurse naturale în procesele de fabricare, aliniindu-se tendințelor globale de reducere a impactului ecologic al materialelor medicale. Astfel, proiectul nostru demonstrează cum cercetarea fundamentală și aplicată pot genera soluții durabile, cu implicații profunde atât în domeniul științei, cât și al aplicațiilor practice.
În plus, proiectul a depășit indicatorii asumați privind contribuția la îndeplinirea obiectivelor programului, prin:
a. Transmiterea spre publicare a zece articole în reviste Q1 (cinci) și Q2 (cinci), în regim open-acces, fără costuri asociate publicării. Nouă dintre aceste articole au fost publicate la data redactării raportului, însumând 48 citări (SCOPUS), respectiv 41 citări (WoS); indicator asumat: opt articole transmise spre publicare
b. Participarea la paisprezece manifestări științifice, din care șase participări cu invited lecture (dovadă a vizibilității ridicate a directorului de proiect); indicator asumat: cel puțin 10 participări la conferințe internaționale.
c. Participarea la douăzeci și cinci de manifestări dedicate inventicii și inovației (participări soldate cu acordarea unui număr impresionant de premii, prezentate pe pagina web a proiectului, inclusiv mari premii ale salonului sau recunoașteri individuale); indicator asumat: cel puțin 6 participări la saloane de invenții.
d. Depunerea a trei cereri de brevet de invenție, dovadă a înaltei aplicabilități a rezultatelor obținute; indicator asumat: cel puțin doua cereri de brevet de invenție depuse.
e. Organizarea a două workshop-uri de prezentare a proiectului și rezultatelor obținute; indicator asumat: organizarea unui workshop.
f. Publicarea unui capitol de carte la o editură internațională (Springer); indicator asumat: publicarea unei cărți/capitol de carte la o editura internațională;
g. Creșterea vizibilității cercetătorilor implicați în proiect. La depunerea proiectului, echipa de cercetare avea următorii indicatori scientometrici (valori cumulate): lucrări publicate – 522, citări – 4534, indice Hirsch cumulat – 103. La depunerea prezentului raport, indicatorii scientometrici se prezintă astfel (valori cumulate): lucrări publicate – 839, citări – 11727, indice Hirsch cumulat – 163. De asemenea, au fost înregistrate șase lucrări prezentate ca invited lecture (prezentate anterior) și o vizită ca invited professor.
h. Sprijinirea tinerilor cercetători: cu sprijinul proiectului, trei cercetători doctoranzi au susținut public tezele de doctorat (în luna septembrie 2024).