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:
- Sinteza si caracterizarea materialelor apatitice
- Evaluarea posibilităţilor de încorporare a nanomaterialelor apatitice modificate (NAM) în cimenturile ionomeri de sticlă
- Evaluarea proprietăților antimicrobiene și biocompatibilității nanomaterialelor apatitice – Partea I
- Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor metalice și bimetalice fitosintetizate
- Evaluarea proprietăților antimicrobiene ale nanoparticulelor fitosintetizate
- Diseminarea rezultatelor si a proiectului;
Optimizarea decorarii materialelor apatitice. Îmbogățirea materialelor apatitice modificate cu compuși naturali – partea I.
Perioadă de implementare: 01/01/2023 – 31/12/2023
Activități:
- Evaluarea proprietăților antimicrobiene și biocompatibilitatii nanomaterialelor apatitice – Partea II
- Evaluarea proprietăților mecanice ale noilor materiale apatitice
- Optimizarea materialelor apatitice având în vedere morfologiile, proprietățile antimicrobiene, mecanice și biocompatibilitatea acestora
- Optimizarea parametrilor de fitosinteză și decorarea nanomaterialelor apatitice în vederea dezvoltării nanomaterialelor apatitice modificate (MAN).
- Optimizarea decorarii materialelor apatitice cu nanoparticule fitosintetizate pentru a atinge proprietatile optime
- Obținerea și caracterizarea MAN îmbogățite cu compuși naturali
- Diseminarea rezultatelor si a proiectului
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:
- Evaluarea efectelor antimicrobiene și a biocompatibilității NAM imbogatite cu compusi naturali
- Evaluarea caracteristicilor mecanice ale materialelor apatitice îmbogățite cu compuși naturali
- Obținerea și caracterizarea cimenturilor ionomeri de sticlă pe bază de nanomateriale imbogatitecu compuși naturali (NGI) cu proprietăți mecanice îmbunătățite.
- Evaluarea proprietăților antimicrobiene și a biocompatibilității NGI
- Evaluarea eliberării de compuși activi în condiții similare celor reale (soluții de salivă sintetică).
- Evaluarea efectelor antibacteriene și a biocompatibilității în condiții similare celor reale (soluții de salivă sintetică)
- Evaluarea proprietăților mecanice, aderenței și proprietăților de termoizolare în condiții similare celor reale (soluții de salivă sintetică); validarea solutiei propuse
- Elaborarea documentației tehnice pentru tehnologie și produse și a cererilor de brevet de inventie
- Diseminarea rezultatelor si a proiectului
- cel puțin 8 articole publicate în reviste științifice Q1/Q2, de preferință publicații open-access
- cel puțin 10 participări la conferințe internaționale
- cel puțin 6 participări la expoziții de invenții,
- publicarea unei cărți pe tema proiectului la o editură străină;
- workshop
- cel puțin două cereri de brevet
- Ungureanu, C.; Fierascu, I.; Fierascu, R.C. Sustainable Use of Cruciferous Wastes in Nanotechnological Applications. Coatings 2022, 12, 769. https://doi.org/10.3390/coatings12060769
- Fierascu, I.C.; Fierascu, I.; Baroi, A.M.; Ungureanu, C.; Ortan, A.; Avramescu, S.M.; Somoghi, R.; Fierascu, R.C.; Dinu-Parvu, C.E. Phytosynthesis of Biological Active Silver Nanoparticles Using Echinacea purpurea L. Extracts. Materials 2022, 15, 7327. https://doi.org/10.3390/ma15207327
- Fierascu, R.C. Incorporation of Nanomaterials in Glass Ionomer Cements—Recent Developments and Future Perspectives: A Narrative Review. Nanomaterials 2022, 12, 3827. https://doi.org/10.3390/nano12213827
- The International Symposium “priorities of chemistry for a sustainable development” PRIOCHEM – XVIII-th Edition. October 26-28, 2022, Development of phytosynthesized nanoparticles with enhanced biological properties, Ioana Cătălina Fierăscu, Irina Fierăscu, Anda Maria Baroi, Camelia Ungureanu, Alina Orțan, Simona Spinu, Sorin Marius Avramescu, Raluca Șomoghi, Radu Claudiu Fierăscu, Valetina Anuta, Cristina Elena Dinu-Pârvu
- Physics of Materials – PM 7 2022, At the Frontier Between Materials Science and Biotechnology: Nanomaterials Phytosynthesis, I. Fierascu, R.C. Fierascu, A.M. Baroi, R.I. Matei (Brazdis), T. Fistos, I.C. Fierascu, I. Chican, I.S. Hosu (Invited lecture)
- IDEA (IDEA, Novelty, Invention and craft) International Exhibition, Abony, Hungary – Through nanotechnology towards the next generation dental restorative materials (NanoDent) – Radu Claudiu Fierascu, Irina Fierascu, Anda Maria Baroi, Roxana Ioana Matei, Toma Fistos, Lia Mara Ditu (Medalie de aur)
- International Exhibition of Inventions and Innovations “TRAIAN VUIA – 2022 Timisoara – Through nanotechnology towards the next generation dental restorative materials (NanoDent) – Radu Claudiu Fierascu, Irina Fierascu, Anda Maria Baroi, Roxana Ioana Matei, Toma Fistos, Lia Mara Ditu (Medalie de bronz)
- 7th International Inventions Fair – ISIF’22 – Through nanotechnology towards the next generation dental restorative materials (NanoDent) – Radu Claudiu Fierascu, Irina Fierascu, Anda Maria Baroi, Roxana Ioana Matei, Toma Fistos, Lia Mara Ditu (Medalie de argint)
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:
- Act. 1.1. Sinteza si caracterizarea materialelor apatitice
- Act. 1.2. Evaluarea posibilităţilor de încorporare a nanomaterialelor apatitice modificate (NAM) în cimenturile ionomeri de sticlă
- Act. 1.3. Evaluarea proprietăților antimicrobiene și biocompatibilității nanomaterialelor apatitice – Partea I
- Act. 1.4. Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor metalice și bimetalice fitosintetizate
- Act. 1.5. Evaluarea proprietăților antimicrobiene ale nanoparticulelor fitosintetizate – Partea I
- Act. 1.6. Diseminarea rezultatelor si a proiectului.
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 |
