2. Oценa да је урађена докторска дисертација резултат оргиналног научног рада кандидата у одговарајућој научној области

Transcription

1

2

3 цемент на бази полиметил метакрилата (PMMA), полетилен велике молекулске масе (UHMWPE), Ti6Al4V легура и AISI 316LVM челик за медицинску употребу тестирани су са различитих аспеката на софистицираној опреми: нанотрибометру и микро индентеру. Триболошки одговор материјала на различите утицаје, као што су материјал у контакту, облици и нивои оптерећења, врсте кретања, брзине контакта, као и утицај околине која узрокује различите врсте хемијских реакција, пружају важне одреднице и правце даљег развоја. Нова област науке, нано/микро трибологија обећава решења многих до сада непревазиђених проблема код система нових генерације базираних на нано и микро системима. Трење и хабање постају од основне важности када се величина елемената у контакту значајно смањује. Адхезија, површинска енергија, реална површина контакта, хемијски процеси и интеракције на нивоу неравнина површина у контакту не могу се искључити у процесу пројектовања нових напредних материјала и система у којима се они даље користе. Полазећи од чињенице да je функционисање многих механичких, електромеханичких и биолошких система у основи одређено одговарајућим вредностима трења и хабања, истраживање је усмерено на механичко и триболошко понашање посматраних класа биоматеријала на нано и микро нивоу. Проучавање понашања нових материјала са аспекта трења, хабања и различитих окружења неопходно је и у лабораторијским и у in vivo условима, као предуслов превазилажења њихових евентуалних хазардних импликација по живи организам. Хабање и продукти хабања су високо непожељни у скоро свим имплатабилним системима, чак и на нано и микро нивоу. Нано и микро трибологија кроз посматрање различитих утицаја пружа одговоре на многа питања, као што су присутни механизми хабања, начини за смањење хабања, фрикциони одговори материјала на промене температуре и/или на агресивна окружења, проблеме трибокорозије, начини лома и пуцања материјала, као и развоја пукотина и много других проблема који још увек нису разјашњени. Добијени резултати и са теоријског и са практичног аспекта представљају веома значајан допринос развоју нових класа биоматеријала. Они пружају вредне информације о различитим аспектима примене ових материјала. У литератури недостају свеобухватне информације о триболошком и механичком понашању ових биоматеријала на нано и микро нивоу. Значајна питања у односу на њихово триболошко понашање (у in vitro и in vivo условима), као одређујуће за њихову примену као имплантабилних материјала, још увек траже одговор. Реализована експериментална испитивања представљају допринос објашњењу механизама хабања, фрикционог понашања, као и механичког понашања посматраних биоматеријала, чиме представља основу даљих праваца истраживања са крајњим циљем пројектовања идеалног биоматеријала. 2. Oценa да је урађена докторска дисертација резултат оргиналног научног рада кандидата у одговарајућој научној области Комисија сматра да докторска дисертација кандидата Мр Фатиме Живић, дипл. маш. инж. под насловом НАНОТРИБОМЕТРИЈА НАПРЕДНИХ ТРИБОЛОШКИХ МАТЕРИЈАЛА представља резултат оригиналног научног рада. Обрађена тема је веома актуелна и значајна за развој науке у научној области развоја нових класа биоматеријала. Рад представља важан допринос развоју области нанотрибологије биоматеријала. Наномеханичка карактеризација и нанотриболошка испитивања нових материјала који све више добијају на важности у медицини, неопходан су услов за њихову поуздану примену која неће имати опасне импликације по здравље живог ткива са којим су у контакту. Таква истраживања у исто време обезбеђују правце даљег развоја нових унапређених биоматеријала. Кандидат је студиозно и детаљно, према научним принципима реализовао веома обимна експериментална испитивања четири различите класе биоматеријала. Критичка анализа

4 различитих научних извора, као и и начина и методологија испитивања биоматеријала реализована је веома детаљно и свеобухватно. Оригиналност научног рада, истраживања и резултата остварених у оквиру ове дисертације огледа се, између осталог, у следећим елементима: Полиметил метакрилат (PMMA) коштани цемент се широко примењује у ортопедији за фиксирање вештачких зглобова. Вредности коефицијента трења и нивои хабања и различитих контактних услова који се односе на коштани цемент и који се могу наћи у литератури оскудни су и код веома малог броја резултата тестова који постоје недостају детаљи тестова. Очигледна је изражена потреба обимнијих истраживања различитих контактних услови контакта коштаног цемента са другим биоматеријалима са којима долази у додир, при његовој имплантацији у организму. Карактеризација коштаног цемента с аспекта цикличног оптерећења је изузетно важна управо због потребе објашњавања уочених феномена, као и начина њиховог превазилажења. Такође, начин припреме цемента је једна од суштински важних карактеристика која одређује његову отпорност на лом. Кандидат приказује нову методологију припреме PMMA коштаног цемента вакуумским третирањем, које је дало одличне механичке карактеристике. Добијена је хомогена структура са малим бројем празнина које нису биле значајно великих димензија. Резултати добијени у овом раду указују да комбинација различитих времена вакуумског третирања цемента производи добре резултате. Тестови са линеарним наизменичним кретањем PMMA коштаног цемента у додиру са AISI 316L челиком, при микро нивоу сила и уз варирање максималних брзина клизања, дали су вредне, до сада непознате, информације о триболошком понашању PMMA коштаног цемента. И поред супериорних механичких кaрактеристика, стандардни UHMWPE материјал је изложен заморном лому и производи и сувише много честица продуката хабања, које узрокују скраћење радног века и даље хируршке интервенције ревизије. Процес лома одређује у значајној мери и замор и деламинацију материјала, па је разумевање карактеристика UHMWPE с аспекта лома веома важно за добар дизајн ортопедских импланата. Кандидат је према резултатима микро-утискивања UHMWPE материјала, односно појави интензивних попречних деформација у углу отиска, показао да се механичке карактеристике полимерних биоматеријала не могу посматрати без претходног пажљивог узимања у обзир услова тестирања са циљем добијања поузданих резултата мерења. Прецизне релације између материјалних карактеристика и отпорности на хабање импланта са молекуларном масом полиетилена, нису још увек квантитативно успостављене. Резултати експерименталних истраживања реализовани у овом раду пружају информације о триболошкој природи UHMWPE које допуњавају базу постојећих података везаних за овај полимер, а који до сада нису постојали. Ефекти микроиндентације пружили су увид у понашање UHMWPE с аспекта лома и замора и представљају базу за даља истраживања комплексног понашања овог материјала. Разумевање механизама хабања током контакта UHMWPE са другим биоматеријалим је важно ради предвиђања његовог in vivo понашања. Ti легуре као веома важна група реално примењених биоматеријала, иако су у дугогодишњој употреби још увек имају низ проблема у примени и поред својих добрих и препознатих особина. Понашање Ti6Al4V легуре при линеарном наизменичном кретању, с аспекта различитих примењених термичких обрада,

5 показало је да су вредности коефицијента трења, као и присутни механизми хабања изузетно условљени примењеном термичком обрадом и да се сходно томе, може утицати на добијање жељених особина ове легуре. Четири посматране термичке обраде Ti6Al4V легуре произвеле су четири различита понашања с аспекта хабања. Кандидат је дао детаљни приказ промене механизама хабања током остварења контакта при клизању Ti6Al4V легуре у контакту са алумином. Постоји велика потреба да се континуално мери хабање биоматеријала у великом броју апликација, где је неопходно праћење развоја и/или промене механизама хабања ради њихове контроле и предвиђања. Важан оригинални допринос рада је и предложени допунски метод континуалног праћења процеса хабања посматрањем параметра дубине продирања нанотрибометра. Анализом кривих фактора хабања као функције броја циклуса, пређеног пута или времена теста, могу се одређивати зоне различитих механизама хабања у току једног тестирања у реалном времену. AISI 316LVM нерђајући челик је молибденски челик за производњу импланата (трајних и перманетних) и различитих медицинских уређаја и помагала, при чему трајање челика уграђеног у живи организам, пре свега зависи од отпорности на корозију и хабање. Проблеми везани за утицај корозије на живот 316L челика су важни али уз присутне проблеме хабања током остваривања контакта, добија се синергетски ефекат где су многи параметри још увек предмет дебата. Комбиновано деловање ових процеса може резултовати значајним заједничким интеракцијама које превазилазе индивидуалне доприносе механичког хабања или корозије. Кандидат је реализовао обимна експериментална испитивања која су показала синергетски утицај корозије и хабања код 316L челика и указала на режиме у којима се јавља корозија и који параметри утичу на њену појаву. Одређени су режими тестирања у којима су се јављале пукотине на површини челика у зонама питинга, као још један неразјашњени феномен у примени ових челика као биоматеријала. Важан оригинални допринос рада су и обимна експериментална нанотриболошка тестирања контакта претходне четири класе биоматеријала у средини која симулира агресивну средину живог организма. Посматрање линеарног клизања два биоматеријала у контакту уз присуство честица коштаног цемента у симулационим растворима (Рингеров раствор) није до сада реализовано и добијени резултати су вредан допринос бази знања биоматеријала. Кандидат је приказао и начине примене и методологију техника визуализације у анализи триболошких резултата и бројне приказане микрофотографије уочених феномена такође су вредан допринос развоју области нанотрибологије биоматеријала. 3. Преглед остварених резултата рада кандидата у одређеној научној области Фатима Живић је дипломирала 13. октобра године, на смеру Процесно и енергетско машинство, са средњом оценом у току студија 9,18. Завршила је и 3 године на Природно Математичком факултету, група Физика, са просечном оценом 9,18. Након дипломирања уписала је постдипломске студије на Машинском факултету у Крагујевцу на смеру Производно машинство. Магистарску тезу са темом "Штедња материјала и енергије кроз трибологију" одбранила је на Машинском факултету у Крагујевцу године. Од године до године Мр Живић Фатима, дипл. инг. радила је на Машинском факултету у Крагујевцу као сарадник-истраживач. У току свог рада на радном месту сарадника-истраживача учествовала је у извођењу вежби из више предмета:

6 Трибологија, Трибологија машинских конструкција, Машине за механичке операције. Од године и данас запослена је у Универзитетском Информационом Центру, Универзитета у Крагујевцу, као систем инжењер. Активно је учествовала у реализацији 15 међународних и домаћих научно истраживачких пројеката. Као аутор и коаутор објавила је 13 научних и стручних радова у часописима и 18 радова на домаћим и међународним конференцијама, од којих су за овај извештај релевантни: 1. F. Zivic, M. Babic, N. Grujovic, S. Mitrovic, G. Favaro, M. Caunii, Effect of vacuum-treatment on deformation properties of PMMA bone cement, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Elsevier, Accepted In Press, Elsevier, JMBBM-D R1, DOI /j.jmbbm , 2011 (М21) 2. F. Zivic, M. Babic, S. Mitrovic, A. Vencl, Continuous Control as Alternative Route for Wear Monitoring by Measuring Penetration Depth during Linear Reciprocating Sliding of Ti6Al4V alloy, Journal of Alloys and Compounds, Elsevier, 509, , DOI information: /j.jallcom , 2011 (М21) 3. F. Zivic, M. Babic, Cvijovic-Alagic I., Mitrović S., Vencl A., Wear Behaviour of Ti6Al4V Alloy Against Al2O3 Under Linear Reciprocating Sliding, Journal of the Balkan Tribological Association (JBTA), ISNN , Vol. 17, No 1, 27-36, 2011, book 1, Vol. 17, 2011, Manuscript Ref. No. 832/ , 2010 (М23) 4. F. Zivic, M. Babic, N. Grujovic, S. Mitrovic, D. Adamovic, G. Favaro, Comparison of Reciprocating Sliding at Low Loads and Scratch Testing for evaluation of TIN ( PVD ) Coating, Journal of the Balkan Tribological Association (JBTA), Accepted In Press, 2011, Manuscript Ref. No. 884/ , 2011 (М23) 5. F. Zivic, M. Babic, S. Mitrovic, P. Todorovic, Interpretation of the Friction Coefficient During Reciprocating Sliding of Ti6Al4V alloy against Al2O3, Tribology in Industry, Vol.33, No.1, ISSN , 2011 (М51) 6. F. Zivic, M. Babic, N. Grujovic, S. Mitrovic, Tribometry of Materials for Bioengineering Applications, Tribology in Industry, Vol.32, No.1, pp , ISSN , 2010 (М51) 7. M. Babic, S. Mitrovic, F. Zivic, Effects of Al2O3 Particle Reinforcement on the Lubricated Sliding Wear Behavior of ZA-27 Alloy Composites, Journal of Materials Science, Volume 46, Number 21, , DOI: /s , 2011 (М22) 8. M. Babic, S. Mitrovic, F. Zivic., I. Bobic, Wear Behavior of Composites Based on ZA-27 Alloy Reinforced by Al2O3 Particles Under Dry Sliding Condition, Tribology Letters, Springer, Volume 38, Number 3, , DOI: /s , 2010 (М21) 9. M. Zivkovic, A. Nikolic, R. Slavkovic, F. Zivic, Nonlinear Transient Heat Conduction Analysis of Insulation Wall of Tank for Transportation of Liquid Aluminum, Thermal Science, Vol. 14, Pages: , (DOI /TSCI Z), 2010 (М23) 10. A. Vencl, S. Arostegui, G. Favaro, F. Zivic, M. Mrdak, S. Mitrovic, V. Popovic, Evaluation of adhesion/cohesion bond strength of the thick plasma spray coatings by scratch testing on coatings cross-sections, Tribology International, In Press, Corrected Proof, Available online 12 April 2011, Vol.-, No.-, pp. -, ISSN , Doi /j.triboint , 2011, Available online 12 April 2011 (М21) 4. Оцена о испуњености обима и квалитета у односу на пријављену тему Докторска дисертација кандидата Мр Фатиме Живић, дипл. маш. инж. под насловом НАНОТРИБОМЕТРИЈА НАПРЕДНИХ ТРИБОЛОШКИХ МАТЕРИЈАЛА одговара по обиму и садржају прихваћеној теми од стране Наставно-научног већа Машинског факултета у Крагујевцу и Стручног већа Универзитета у Крагујевцу. По квалитету, обиму и резултатима истраживања у потпуности задовољава све научне, стручне и законске услове за израду докторских дисертација.

7 Прикпљене и обрађене информације и резултати, у оквиру ове докторске дисертације изложени су на 188 страна. Рад има 9 поглавља и 4 прилога и садржи 106 сликa. У раду је претежно коришћена литература новијег датума од које је цитирано 272 библиографска наслова. Резултати истраживања изнети су у оквиру девет поглавља: 1. Увод 2. Приказ стања истраживања у области микро- и нано- трибологије 3 Мерни инструменти у области микро- и нано-трибологије 4. Истраживање микро- и нано-триболошких карактеристика напредних материјала 5. Резултати 6. Анализа резултата 7. Закључна разматрања 8. Литература 9. Прилози У оквиру уводног дела рада истакнут је значај и потреба истраживања и развоја биоматеријала. Аутор истиче да суштински проблем са којим се данас суочава развој нових класа биоматеријала, као и унапређење већ постојећих проистиче из неопходности примене сазнања у новој области науке, нано/микро трибологије која обећава решења многих до сада непревазиђених проблема код система нових генерације, као и практичне примене тих знања. У овом делу рада дате су основне информације везане за појам, значај примене и перспективе развоја биоматеријала. Такође је истакнуто да нови наноматеријали, као што су наноцевчице, карбонска влакна, биметалне нанолегуре или нанолегуре на бази металполимер комбинације, као и различите врсте полимера, керамике или металних легура и нанокомпозита и низ осталих нових напредних класа материјала обећавају изузетна достигнућа у области медицинских услуга. Крајњи циљ развоја ове области представљају вештачки произведени органи, које област инжењеринга ткива обећава као релативно скорију будућност. Нови материјали, као што су деградабилни и чврсти полимери омогућавају прецизну испоруку лека на жељено место у организму (на пример, полимерна матрица од полиметил метакрилата (PMMA) инфилтрираној антибиотицима), усмерено лечење оболелог канцерозног ткива на нивоу ћелије, али и дијагнозу промена на ткиву и много других изузетних приступа. Основу скоро свих нових достигнућа у овој области чине нове генерације напредних биоматеријала. Откриће и развој нанотехнологија и њихова примена у инжењерингу материјала најављује резултате који превазилазе сва ранија научна очекивања помака у области медицине везаним за имплантабилне материјале, управо због тога што су нове генерације материјала показале нове особине које далеко превазилазе особине тих истих традиционалних материјала у примени. Трибологија на микро и нано нивоу представља нераздвојиви део тог процеса развоја. Аутор истиче да је проучавање понашања нових материјала са аспекта трења, хабања и различитих окружења неопходно и у лабораторијским и in vivo условима. У другом поглављу дисертације дат је кратак приказ стања најновијих достигнућа и праваца развоја нано/микро трибологије. Тренутни истраживачки напори у свету усмерени су ка бољем повезивању in vitro експеримената са in vivo клиничким пробама, управо кроз боље разумевање присутних механизама хабања код новоразвијених класа биоматеријала, али и код оних који су већ у примени. Дат је преглед нових радова везаних за постојеће трендове у нано/микро трибологији. Један од изазова у развоју биоматеријала је развој таквих инжењерских решења која би као резултат дала збрињавање продуката хабања у систему а не њихово потпуно елиминисање. Приказан је кратак преглед неколико великих Европских пројеката повезаних са нано/микро трибологијом, као приказ даљих трендова

8 развоја ове области. Материја је изложена врло концизно са цитираним литературним наводима. Приказ нових инструмената у области нано/микро триболошких истраживања врло детаљно је обрађено у оквиру трећег поглавља дисертације. Обухваћени су нанотрибометар, СЕМ електронски микроскоп (scanning electron microscope, SEM) и микро/нано индентер. Приказано је поређење примене нанотрибометра и АФМ микроскопа. Изложена материја је илустрована фотографским приказима уређаја и детаљним приказима принципа функционисања. Четврто поглавље даје приказ нових методологија у истраживању нанотриболошких карактеристика напредних материјала, са фокусом на област биоматеријала. Развој и примена биоматеријала директно је одређена особинама и природом ткива које треба да допуни и/или потпуно замени. Жељене или оптималне особине биоматеријала веома много зависе од њихове конкретне примене. Одређена специфично усмерена решења примењених биоматеријала истражују се одређено у односу на главне органе у организму човека. Приказане су тренутно примењене класе материјала које се примењују у медицини. Наглашене су особине система према области примене, као што су: (1) врсте кретања присутне код имплантабилних система, (2) обрасци оптерећења код тестова симулације и (3) врсте флуида који се примењују за симулацију in vivo услова код in vitro тестова. Приказане су врсте триболошких тестирања усмерених на понашање материјала са аспекта појаве и развоја пукотине, као веома важних механичких особина биоматеријала јер одређују како век трајања, тако и поузданост и стабилност система импланта. Све то указује на врло стручан, професионалан и свеобухватно испланиран експеримент. Основни део рада реализован је кроз обиман програм експерименталних истраживања који с приказани у петом поглављу. Посматране су четири групе биоматеријала: Коштани цемент на бази полиметил метакрилата (PMMA), Полетилен велике молекулске масе (UHMWPE), Ti6Al4V легура и AISI 316LVM челик. Коштани цемент на бази полиметил метакрилата (PMMA), тестиран је прво са аспекта начина припреме (сушен на ваздуху и третиран вакуумом). Механичка карактеризација PMMA коштаног цемента реализована је на микро индентеру. Утицај третирања вакуумом у току припреме коштаног цемента поред тестова на микро индентеру, посматран је и са аспекта густине празнина и порозности, применом софтвера CellC на СЕМ сликама. Затим су реализована триболошка тестирања узорака коштаног цемента третираних вакуумом у контакту са AISI 316L челиком на CSM нанотрибометру. Серија триболошких тестова наизменичног линеарног кретања је реализована уз варирање нормалне силе, брзине и окружења (контакт без подмазивања и контакт у Рингеровом раствору као симулацији телесних флуида). Узорци PMMA коштаног цемента коришћени су за припрему честица коштаног цемента које су се користиле у даљим тестовима, са циљем да симулира присуство честица цемента у синовијалној течности (течност око зглоба која их подмазује), што је регуларна појава код система вештачких зглобова које користе коштани цемент за фиксирање протезе. Реализована је механичка карактеризација UHMWPE полиетилена применом микро индентације. Даље су реализоване серије триболошких тестова наизменичног линеарног кретања узорака UHMWPE у контакту са алумином (Al 2 O 3 ) уз варирање нормалне силе, брзине и окружења (контакт без подмазивања; Рингеров раствор; Рингеров раствор са додатком честица PMMA коштаног цемента; и дестилована вода).

9 Ti6Al4V легура је испитивана са аспекта ефекта утицаја термичке обраде у процесу производње на триболошко понашање. Реализоване су серије триболошких тестова наизменичног линеарног кретања Ti6Al4V легура у контакту са алумином (Al 2 O 3 ) уз варирање нормалне силе, брзине и окружења (контакт без подмазивања; Рингеров раствор). Посматрани су механизми хабања. Разматране су могућности континуалног праћења хабања преко дубине продирања током трајања контакта. Приказана је интерпретација добијених сигнала динамичког коефицијента трења, као и различити нивои филтрирања сигнала. Уведена је ефективна средња квадратна вредност (rms) динамичког коефицијента трења, COF rms, чиме се добијена комплексна функција коефицијента трења на нанотрибометру своди на једну нумеричку вредност, односно средњу вредност динамичког коефицијента трења. Даље су реализоване серије триболошких тестова наизменичног линеарног кретања узорака од AISI 316LVM челика у контакту са алумином (Al 2 O 3 ) уз варирање нормалне силе, брзине и окружења (контакт без подмазивања; Рингеров раствор; Рингеров раствор са додатком честица PMMA коштаног цемента). Проучавани су проблеми корозије везани за функцију 316LVM челика као елемента имплантабилних система, кроз посматрање удруженог деловања механизама корозије и хабања. Код свих врста посматраних материјала варирано је пет вредности нормалне силе и три вредности релативне брзине клизања. У свим тестовима проучавано је понашање динамичког коефицијента трења и фактора хабања, као функције експерименталних услова. Добијени резултати детаљно су, са различитих аспеката, анализирани у шестом поглављу. Анализа резултата испитивања подељена је према посматраној класи биоматеријала у четири дела. У циљу сагледавања наномеханичких карактеристика и нанотриболошких карактеристика посматраних биоматеријала извршене су одговарајуће анализе што је илустровано бројним табеларним и графичким приказима, као и бројни фотографски илустровани прикази уочених механизама хабања и феномена који су се јављали при тестовима. У циљу сагледавања трибометријских карактеристика испитиваних биоматеријала, на крају дисертације дати су упоредни прикази за све услове испитивања, који јасно одсликавају ранг антифрикционих својстава и отпорности на хабање испитиваних материјала. Статистичка обрада резултата испитивања, графички и табелатрни прикази и извршене интегралне анализе имају тежину добро обрађених, сређених и приказаних резултата. На основу анализе резултата триболошких испитивања дошло се до објашњења одређених феномена који се јављају при контакту посматраних биоматеријала са другим материјалима у различитим условима испитивања. То и са научног аспекта, и са аспекта практичне примене биоматеријала има веома велики значај. Наиме, постојеће класе биоматеријала у свету се интензивно истражују, управо због чињенице да медицински инструменти, уређаји и имплантабилни системи данас предстаљају изузетно важну подршку и основу процеса класичног медицинског лечења. Врло често, наизглед веома мале и неважне промене неког параметра изазивају значајне крајње ефекте. Можда се као највећи проблем у развоју ове области јавља њена неизбежна мултидисциплинарна природа. Развој биоматеријала захтева сарадњу многих експерата. Неопходна је сарадња различитих области као што је инжењерство, физика, хемија, металургија, науке о полимерима, медицине и многих других области и подобласти, да би се добило свеобухватно сагледавање свих утицајних фактора, принципа и законитости које делују на нано, микро и макро нивоу. Инжењерима и технолозима који се срећу са овим биоматеријалима веома је тешко да нађу поуздане и научно засноване информације о триболошким карактеристикама ових материјала.

10 Имајући у виду све аспекте анализе резултата испитивања, у седмом поглављу рада изнети су врло конкретни и поуздани закључци везани за испитиване класе биоматеријала. Поред многих поузданих и веома корисних закључака генерално се може закључити да триболошка испитивања постојећих класа биоматеријала пружају основу за превазилажење уочених проблема у њиховој примени, везаних за механичко понашање у контакту, као и механизме хабања, чиме се добија основа њиховог унапређења, као и развоја нових супериорних класа биоматеријала који ће дати боље и дуготрајније понашање у току њихове примене у живом организму. 5. Научни резултати докторске дисертације Кандидат мр Фатима Живић је, кроз ову докторску дисертацију, извршила систематизацију постојећих теоријских и експерименталних знања и искустава у области развоја четири класе биоматеријала који се користе у реалној медицинској пракси, узимајући у обзир различите утицаје (контактни пар, оптерећење, брзина клизања, окружење, процедуре припреме и производње) и утврдила компаративне нанотриболошке и наномеханичке предности и ограничења посматраних биоматеријала у оквирима њихове примене. Реализацијом истраживаћког рада на овој дисертацији кандидат долази и до одређених резултата и закључака који имају своје место и значај како у научно теоријском тако и у практичном смислу: Одређен је концепт нано/микро триболошких испитивања постојећих биоматеријала у циљу објашњења уочених феномена. Дефинисане су процедуре експерименталних истраживања као симулације контакта између два одабрана биоматеријала у лабораторијским условима. Посматрани су утицаји варијација услова контакта (материјала у контакту, оптерећења, брзине и окружења), као и утицаји произашли из процеса производње самог материјала. Четири главне групе биоматеријала у данашњој клиничкој употреби: коштани цемент на бази полиметил метакрилата (PMMA), полетилен велике молекулске масе (UHMWPE), Ti6Al4V легура и AISI 316LVM челик за медицинску употребу тестирани су са различитих аспеката на модерној опреми: нанотрибометру и микро индентеру и добијени су резултати који указују на њихово триболошко и механичко понашање на нано и микро нивоу, а који до сада нису постојали у литератури. Третирање коштаног цемента вакуумом смањило је порозност са оквирно 16% на чак 6%, при чему је предложена процедура веома једноставна. Доказана је појава заморних пукотине на узорцима од цемента и абразивно хабање као главни механизам при наизменичном линеарном кретању. У случају микро утискивања UHMWPE полиетилена доказано је појављивање интензивне деформација у нормалном правцу која се не јавља у случају нано и макро утискивања овог материјала, а које представља могуће објашњење понашања овог материјала у појединим механичким режимима. Доказано је да присуство честица цемента у Рингеровом раствору изазива нагло повећање хабања и значајне промене механизама хабања. Резултати ових тестова јасно су показали утицај слободних честица коштаног цемента у зони контакта и кретања површина имплантабилних система, на радни век имплантабилне компоненте.

11 Показано је да поступак производње пресудно значајно утиче на триболошко понашање Ti6Al4V легура. Резултати тестова су јасно доказали да је могуће произвести жељену микроструктуру титанијумске легуре, односно усмерити понашање материјала ка жилавом или кртом механизму лома металне кристалне структуре. Рингеров раствор у зони контакта је код 316LVM челика значајно подигао вредности фактора хабања при ниским оптерећењима, а посебно када су у њега додате и честице PMMA коштаног цемента. 6. Применљивост и корисност резултата у теорији и пракси У научно-теоријском смислу докторска дисертација кандидата мр Фатиме Живић, дипл. маш. инж. под насловом НАНОТРИБОМЕТРИЈА НАПРЕДНИХ ТРИБОЛОШКИХ МАТЕРИЈАЛА даје низ значајних резултата који представљају нова сазнања везано за понашање биоматеријала, дају потврду постојећим сазнањима и дефинишу нове приступе решавању до сада уочених феномена проблема везаним за функционисање биоматеријала у реалној клиничкој пракси код којих још увек постоје различити погледи и дилеме у стручној јавности у свету. Кроз научно-истраживачки рад на овој дисертацији кандидат даје одговоре на одређена питања али и долази до нових праваца истраживања јасно одређеним добијеним резултатима, који чине основу за даљи интензивни научни рад у мултидисциплинарној области развоја нових и унапређења постојећих биоматеријала. Добијени резултати и са теоријског и са практичног аспекта представљају веома значајан допринос развоју нових класа биоматеријала. Они пружају вредне информације о различитим аспектима примене ових материјала. У литератури недостају свеобухватне информације о триболошком и механичком понашању ових биоматеријала на нано и микро нивоу. Значајна питања у односу на њихово триболошко понашање (у in vitro и in vivo условима), као одређујуће за њихову примену као имплантабилних материјала, још увек траже одговор. Реализована експериментална испитивања представљају допринос објашњењу механизама хабања, фрикционог понашања, као и механичког понашања посматраних биоматеријала, чиме представља основу даљих праваца истраживања са крајњим циљем пројектовања идеалног биоматеријала. Третирање коштаног цемента вакуумом смањило је порозност са оквирно 16% на чак 6%, при чему је предложена процедура веома једноставна. Слободне честице PMMA коштаног цемента показале су тенденцију да се лепе једна уз другу и праве веће кластере честица са карактеристичним оштрим ивицама. Доказано је да присуство честица цемента у Рингеровом раствору изазива нагло повећање хабања и значајне промене механизама хабања. Резултати ових тестова јасно су показали утицај слободних честица коштаног цемента у зони контакта и кретања површина имплантабилних система, на радни век имплантабилне компоненте. Показано је да је понашање UHMWPE полиетилена с аспекта хабања значајно условљено пластичним деформисањем неравнина UHMWPE површине у контакту и да се мора узети у обзир при дефинисању нивоа хабања овог материјала. Резултати тестова су јасно доказали да је могуће произвести жељену микроструктуру титанијумске легуре, односно усмерити понашање материјала ка жилавом или кртом механизму лома металне кристалне структуре. Јасно је показано да неадекватни поступци производње ове легуре могу узроковати чак и фрикционо заваривање елемента биоматеријала у контакту и изузетно високе нивое разорног хабања.

12 Поједине режиме оптерећења и брзине треба избегавати уколико је могуће, узимајући у обзир транзициону природу утицаја силе и брзине код Ti6Al4V легуре, као и врло високе вредности фактора хабања добијених у неким условима тестирања. Проблеме корозије код 316 медицинских челика неопходно је посматрати у синергији са присутним механизмима хабања у контакту овог материјала. Може се закључити да је рад на припреми и изради ове докторске дисертације донео читав низ практичних и конкретних објашњења проблема уочених феномена код посматраних биоматеријала и може се у наредном периоду очекивати њихова примена на конкретне проблеме у развоју нових биоматеријала и компоненти имплантабилних система. 7. Начин презентирања резултата научној јавности Део резултата ове дисертације је већ публикован и верификован објављивањем дела резултата у високо рангираним међународним научним часописима, али и кроз радове на међународним и домаћим конференцијама. Практични аспекти реализованог научно-истраживачког рада, међународној и домаћој јавности презентовани су кроз презентацију научних пројеката ТР35021, COST Action MP0903 и билателарног пројекта са Белорусијом. Комисија сматра да истраживања и резултати докторске дисертације пружају обиман и користан материјал за даљу презентацију на научним скуповима и објављивање радова у високо позиционираним међународним и домаћим научним часописима који се баве проблемима развоја и унапређења биоматеријала. На основу увида у резултате истраживања презентиране у докторској дисертацији, Комисија доноси следећи З А К Љ У Ч А К 1. Докторска дисертација кандидата Мр Фатиме Живић, дипл. маш. инж. под насловом НАНОТРИБОМЕТРИЈА НАПРЕДНИХ ТРИБОЛОШКИХ МАТЕРИЈАЛА одговара прихваћеној теми од стране Наставно-научног већа Машинског факултета у Крагујевцу. 2. Теоријско-експерименталним радом на испитивању постојећих класа биоматеријала кандидат је показао мултидисциплинарни и системски приступ у анализи проблема, планирању, организовању и реализацији наномеханичких и нанотриболошких истраживања. 3. У овој дисертацији кандидат је кроз обимна наномеханичка и нанотриболошка истраживања дошао до оригиналних научних резултата потребних за дефинисање природе триболошког понашања четири класе постојећих биоматеријала у функцији варираних параметара везаних за услове остваривања контакта. 4. Докторска дисертација је резултат самосталног рада, а добијени резултати представљају веома значајан допринос триболошким знањима везаним за развој четири класе постојећих биоматеријала и основу даљег развоја нових класа биоматеријала. 5. Презентирани рад кандидата по квалитету, обиму и резултатима истраживања у потпуности задовољава законске услове и универзитетске норме прописане за израду докторске дисертације.

13

14 На основу претходно изнетог предлажемо Наставно-научном већу Машинског факултета у Крагујевцу да прихвати докторску дисертацију кандидата Мр Фатиме Живић, дипл. маш. инж. под насловом НАНОТРИБОМЕТРИЈА НАПРЕДНИХ ТРИБОЛОШКИХ МАТЕРИЈАЛА као успешно урађену и да кандидата позове на усмену јавну одбрану дисертације. Чланови комисије: 1. Др Барат Бушан, ред. проф. Охајо Државни Универзитет, УСА Научна област: Нанотрибологија, Био- и нано-технологије 2. Др Гита Манивасагам, ред. проф. Факултет за Машинство и Грађевину, ВИТ Универзитет, Индија Научна област: Трибологија, Биоматеријали 3. Др Бранислав Јеремић, ред. проф. Машински факултет у Крагујевцу Научна област: Производно машинство, Индустријски инжењеринг 4. Др Слободан Митровић, доцент Машински факултет у Крагујевцу Научна област: Производно машинство, Индустријски инжењеринг 5. Др Илија Бобић, Виши научни сарадник Институт за нуклеарне науке Винча, Научна област: Материјали 6. Др Александар Венцл, доцент Машински факултет у Београду Научна област: Трибологија 7. Др Мирослав Бабић, ред. проф., ментор Машински факултет у Крагујевцу Научна област: Производно машинство, Индустријски инжењеринг

15 На основу претходно изнетог предлажемо Наставно-научном већу Машинског факултета у Крагујевцу да прихвати докторску дисертацију кандидата Мр Фатиме Живић, дипл. маш. инж. под насловом НАНОТРИБОМЕТРИЈА НАПРЕДНИХ ТРИБОЛОШКИХ МАТЕРИЈАЛА као успешно урађену и да кандидата позове на усмену јавну одбрану дисертације. Чланови комисије: 1. Др Барат Бушан, ред. проф. Охајо Државни Универзитет, УСА Научна област: Нанотрибологија, Био- и нано-технологије 2. Др Гита Манивасагам, ред. проф. Факултет за Машинство и Грађевину, ВИТ Универзитет, Индија Научна област: Трибологија, Биоматеријали 3. Др Бранислав Јеремић, ред. проф. Машински факултет у Крагујевцу Научна област: Производно машинство, Индустријски инжењеринг 4. Др Слободан Митровић, доцент Машински факултет у Крагујевцу Научна област: Производно машинство, Индустријски инжењеринг 5. Др Илија Бобић, Виши научни сарадник Институт за нуклеарне науке Винча, Научна област: Материјали 6. Др Александар Венцл, доцент Машински факултет у Београду Научна област: Трибологија 7. Др Мирослав Бабић, ред. проф., ментор Машински факултет у Крагујевцу Научна област: Производно машинство, Индустријски инжењеринг