|
|
Tailoring of phase composition and microstructure of calcium phosphate scaffolds applied in regenerative medicine.
Pejchalová, Lucie ; Novotná, Lenka (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Calcium phosphates are the most used ceramic materials for bone regeneration. Calcium phosphates are biocompatible, bioactive and differ in solubility and related degradation in organism. Therefore, calcium phosphate materials are used to regenerate bone defects of small size and as coatings for metallic implants. The solubility of the used materials in body environment after implantation is determined by the ratio of individual calcium phosphates and related degradation rates. This thesis deals with the impact of shaping methods on microstructure and phase composition of calcium phosphates. Commercial hydroxyapatite powder was used as a starting ceramic powder and was treated by calcination at 800 °C for one hour. The biphasic mixture of hydroxyapatite and -tricalcium phosphate was formed during the calcination and this mixture was used for ceramic suspension preparation, with solid loading of 15 vol%, as well as for green bodies preparation. Samples were prepared using several shaping methods: freeze casting, cold isostatic pressing, uniaxial pressing, and slip-casting. Characterization of both, green bodies and sintered samples was performed and the impact of used shaping methods on microstructure and phase composition, was confirmed. It was also observed that the hydroxyapatite content is increasing with increasing porosity, and pore size. This trend applies for samples with unimodal pore size distribution as well as for samples with bimodal pore size distribution.
|
|
|
Tvarování hydroxyapatitu na mikro úrovni pro přípravu kostních náhrad
Pejchalová, Lucie ; Novotná, Lenka (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Vhledem k celosvětovému stárnutí populace, dochází k častější potřebě opravy pohybového aparátu. V některých případech je proto nutno přejít v konečné fázi k implantaci kostní náhrady. Nejčastěji je pro svoji biokompatibilitu a bioaktivitu využíván hydroxyapatit, který je v kostech přirozeně zastoupen. Využití hydroxyapatitu jako materiálu pro kostní náhrady je omezeno mechanickou stabilitou v porézních systémech. Metoda, při které bylo dosaženo nejlepšího poměru mechanické stability a porozity, se nazývá freeze – casting. Tato metoda využívá tvorbu ledu (v případě vodných suspenzí) ke tvorbě lamelární struktury během kontrolovaného mražení. Dalším krokem je odstranění ledových krystalů lyofilizací. Následně je výsledná porézní lamelární struktura zpevněna slinutím. Změnou složení suspenze nebo podmínek mražení lze dosáhnout různé mezilamelární vzdálenosti, spojení lamel a porozity. V této práci byly připraveny keramické suspenze v objemovém zastoupení hydroxyapatitu 7,5 %, 10 %, 15 % a 20 %, které byly použity při přípravě porézních kostních náhrad metodou freeze – casting. Během mražení byla do struktur implementována 3D mřížka, která posloužila jako šablona pro síť kanálků (v průměru cca 800 mikrometrů). Po lyofilizaci byly následným ohřevem odstraněny z materiálu organické látky, včetně 3D mřížky. Výsledná biokeramická struktura dosáhla porozity víc než 90 % a velmi dobrého poměru mechanické stability a porozity. Implementace 3D mřížky se ukázala být vhodnou metodou pro kontrolovanou tvorbu kanálků s dostatečným rozměrem, sloužící k zvýšení bioaktivity materiálu.
|
|
|
Neural bioceramic scaffold prepared by freeze-casting
Vojníková, Michaela ; Pejchalová, Lucie (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Several procedures have been investigated for the regeneration of injured nerves. However, the resulting axonal growth can be random or disorganized and has limitations reflected on patient recovery. Therefore, the novel freeze-casted scaffolds were manufactured with mechanical and microstructural properties suitable for the neural scaffold. Concretely, the bioceramic scaffolds were based on calcium phosphates, titania, and zirconia. The oriented microstructure was prepared by controlled ice growth in one direction. The observation with scanning electron microscopy confirmed linearly oriented pores (lamellar system) in which average pore size decreased with a higher freezing rate. According to the results, the scaffolds prepared by freezing in liquid nitrogen showed excellent mechanical properties, where flexural strength was in the range of 10–17 MPa. Interlamellar distances of these scaffolds were 10–30 µm, which are appropriate for neural scaffolds. Biocompatibility was evaluated with Schwann cells’ line in vitro, where the adhesion and growth in the lamellar direction were observed. Cytotoxic tests revealed a negative impact of a high calcium level on Schwann cell’ survival. The prepared scaffolds could form an apatite layer on its surface in the form of embryonic and nucleation centers and apatite itself. Calcium phosphate and titania scaffolds exhibited promising regenerative characteristics of adhesion and ingrowth through porous structures with outstanding mechanical properties.
|
|
|
Neural bioceramic scaffold prepared by freeze-casting
Vojníková, Michaela ; Pejchalová, Lucie (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Several procedures have been investigated for the regeneration of injured nerves. However, the resulting axonal growth can be random or disorganized and has limitations reflected on patient recovery. Therefore, the novel freeze-casted scaffolds were manufactured with mechanical and microstructural properties suitable for the neural scaffold. Concretely, the bioceramic scaffolds were based on calcium phosphates, titania, and zirconia. The oriented microstructure was prepared by controlled ice growth in one direction. The observation with scanning electron microscopy confirmed linearly oriented pores (lamellar system) in which average pore size decreased with a higher freezing rate. According to the results, the scaffolds prepared by freezing in liquid nitrogen showed excellent mechanical properties, where flexural strength was in the range of 10–17 MPa. Interlamellar distances of these scaffolds were 10–30 µm, which are appropriate for neural scaffolds. Biocompatibility was evaluated with Schwann cells’ line in vitro, where the adhesion and growth in the lamellar direction were observed. Cytotoxic tests revealed a negative impact of a high calcium level on Schwann cell’ survival. The prepared scaffolds could form an apatite layer on its surface in the form of embryonic and nucleation centers and apatite itself. Calcium phosphate and titania scaffolds exhibited promising regenerative characteristics of adhesion and ingrowth through porous structures with outstanding mechanical properties.
|
|
|
Tailoring of phase composition and microstructure of calcium phosphate scaffolds applied in regenerative medicine.
Pejchalová, Lucie ; Novotná, Lenka (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Calcium phosphates are the most used ceramic materials for bone regeneration. Calcium phosphates are biocompatible, bioactive and differ in solubility and related degradation in organism. Therefore, calcium phosphate materials are used to regenerate bone defects of small size and as coatings for metallic implants. The solubility of the used materials in body environment after implantation is determined by the ratio of individual calcium phosphates and related degradation rates. This thesis deals with the impact of shaping methods on microstructure and phase composition of calcium phosphates. Commercial hydroxyapatite powder was used as a starting ceramic powder and was treated by calcination at 800 °C for one hour. The biphasic mixture of hydroxyapatite and -tricalcium phosphate was formed during the calcination and this mixture was used for ceramic suspension preparation, with solid loading of 15 vol%, as well as for green bodies preparation. Samples were prepared using several shaping methods: freeze casting, cold isostatic pressing, uniaxial pressing, and slip-casting. Characterization of both, green bodies and sintered samples was performed and the impact of used shaping methods on microstructure and phase composition, was confirmed. It was also observed that the hydroxyapatite content is increasing with increasing porosity, and pore size. This trend applies for samples with unimodal pore size distribution as well as for samples with bimodal pore size distribution.
|
|
|
Tvarování hydroxyapatitu na mikro úrovni pro přípravu kostních náhrad
Pejchalová, Lucie ; Novotná, Lenka (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Vhledem k celosvětovému stárnutí populace, dochází k častější potřebě opravy pohybového aparátu. V některých případech je proto nutno přejít v konečné fázi k implantaci kostní náhrady. Nejčastěji je pro svoji biokompatibilitu a bioaktivitu využíván hydroxyapatit, který je v kostech přirozeně zastoupen. Využití hydroxyapatitu jako materiálu pro kostní náhrady je omezeno mechanickou stabilitou v porézních systémech. Metoda, při které bylo dosaženo nejlepšího poměru mechanické stability a porozity, se nazývá freeze – casting. Tato metoda využívá tvorbu ledu (v případě vodných suspenzí) ke tvorbě lamelární struktury během kontrolovaného mražení. Dalším krokem je odstranění ledových krystalů lyofilizací. Následně je výsledná porézní lamelární struktura zpevněna slinutím. Změnou složení suspenze nebo podmínek mražení lze dosáhnout různé mezilamelární vzdálenosti, spojení lamel a porozity. V této práci byly připraveny keramické suspenze v objemovém zastoupení hydroxyapatitu 7,5 %, 10 %, 15 % a 20 %, které byly použity při přípravě porézních kostních náhrad metodou freeze – casting. Během mražení byla do struktur implementována 3D mřížka, která posloužila jako šablona pro síť kanálků (v průměru cca 800 mikrometrů). Po lyofilizaci byly následným ohřevem odstraněny z materiálu organické látky, včetně 3D mřížky. Výsledná biokeramická struktura dosáhla porozity víc než 90 % a velmi dobrého poměru mechanické stability a porozity. Implementace 3D mřížky se ukázala být vhodnou metodou pro kontrolovanou tvorbu kanálků s dostatečným rozměrem, sloužící k zvýšení bioaktivity materiálu.
|
host ::
RSS.