|
|
Structure and properties of Hydroxyapatite-Magnesium composites produced by the means of current assisted infiltration sintering
Casas Luna, Mariano ; Obrtlík,, Karel (oponent) ; Georgarakis, Konstantinos (oponent) ; Čelko, Ladislav (vedoucí práce)
Magnesium and calcium phosphate composites are promising materials to create biodegradable and load-bearing implants for bone regeneration. The present work is focused on the design, processing and characterization of interpenetrated magnesium / calcium phosphate (Mg/CaP) composites. Calcium phosphates such as, hydroxyapatite (HA), calcium-deficient HA (CDHA) and tricalcium phosphate (TCP) were synthetized and used for the production of controlled porous scaffolds by means of robocasting technique. The final porous preforms with an orthogonal grid arrangement and internal macro-pores of ~500 µm were obtained and sintered at 1100 C for 5 h. The Mg/CaP interpenetrated composites were obtained by infiltrating the porous ceramic scaffolds with pure Mg and Mg alloys containing low amounts of calcium or zinc, i.e. Mg – 0.2 wt.% Ca and Mg – 1 wt.% Zn. The infiltration was carried out using a here-developed and recently introduced technique referred to as Current-Assisted Metal Infiltration (CAMI). The CAMI methodology allowed the infiltration of porous ceramic preforms with a molten metal in less than 15 minutes. Fast melting and final solidification of the Mg/CaP composites was achieved with the assistance of pulsed electrical current. The final interpenetrated composites were physicochemically characterized by means of scanning electron microscopy, X-ray computed micro-tomography, X ray diffraction and optical microscopy in order to determine the phase distribution and the interaction between the materials. In addition, the mechanical resistance under compression, the degradation rate by different techniques, and the biocompatibility of the produced composites were evaluated in an attempt to introduce these types of materials as potential degradable biomaterials for use in the manufacturing of plates and/or screws for orthopaedics.
|
|
|
Studium biokeramického kompozitu na bázi hydroxyapatitu a bioskla
Virágová, Eliška ; Hadraba, Hynek (oponent) ; Drdlík, Daniel (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá studiem biokeramických kompozitních materiálů na bázi hydroxyapatitu (HAp) a bioskla (BG). Pro přípravu těchto materiálů byla zvolena metoda mokrého tvarování – elektroforetická depozice (EPD). Byla evaluována metodika přípravy a její vliv na relativní hustotu a distribuci pórů v připravených kompozitech. Bylo provedeno studium slinovacího procesu připravených kompozitních materiálů pomocí vysokoteplotní dilatometrie s následným vyhodnocením mikrostrukturních a mechanických vlastností. Bylo zjištěno, že pomocí EPD lze úspěšně připravit částicové kompozity, jejichž mikrostrukturní kvalitu ovlivňuje zejména elektrická vodivost suspenze. Při studiu kinetiky depozičního procesu bylo zjištěno, že EPD probíhá nejrychleji v suspenzi s nejnižší elektrickou vodivostí. Se zvyšujícím se obsahem BG v HAp rostla relativní hustota materiálů a také docházelo ke snížení četnosti a zvětšení průměru pórů. Při vysokoteplotní dilatometrii byl patrný pokles relativního smrštění se vzrůstajícím obsahem HAp ve struktuře. Pozorování mikrostruktury ukázalo krystalickou strukturu BG a otevřenou porozitu HAp, která je pro biokompatibilní materiály žádoucí. Fázové složení jednotlivých materiálů bylo určeno pomocí rentgenové difrakční analýzy. V rámci mechanických vlastností byl zjištěn nárůst tvrdosti a Youngova modulu pružnosti se vzrůstajícím obsahem BG v biokeramických kompozitech. Na základě získaných poznatků byl identifikován vhodný postup a materiálové složení pro plánovanou přípravu funkčně gradientního materiálu na bázi HAp a BG
|
|
|
Study of interaction of HA / biosklo based composites in simulated body fluid
Riša, Juraj ; Švec, Jiří (oponent) ; Bartoníčková, Eva (vedoucí práce)
This work deals with bioceramic materials based of hydroxyapatite, bioglass and their composites. These materials are commonly used in medicine, especially as hard tissue substituents. They can be prepared by different types of syntheses, from which the most common were picked for this work – precipitation of hydroxyapatite and sol-gel method for bioglass. Thermal analysis and X-ray diffraction were used for characterization of prepared powders. This thesis studies mostly their features within the composite materials, which were foamed for better bone stimulation. Properties and possibility in bio application of materials is firstly studied through their interaction in simulated body fluids, which mimics ionic concentration of human plasma. Experimental part covers synthesis of ceramic powders, their characterization, preparation of mixtures and scaffolds foamed through in situ foaming, their sintering at ideal temperatures, characterization of porosity and phase changes due to sintering. Basic tests of apatite formation ability were provided by incubation of prepared scaffolds in simulated body fluid for 3, 7, 14 and 21 days and their assay in scanning electron microscopy. Changes in concentration of Ca2+ a PO4 3- ions as well as in weight of the specimen were tracked within the incubation period.
|
|
| |
|
|
Impact of macro channels on mechanical stability of bone scaffolds during indirect 3D printing
Vojníková, Michaela ; Novotná, Lenka (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Porous materials are currently subject to the great interest of tissue engineering. They provide unique properties such as bioactivity, biodegradability, osteoconductivity, and vascularization. Particularly, ceramic porous systems show appreciable potential in medical applications. However, there is a crucial problem with the porous scaffold on account of their bad mechanic properties and therefore they are presently used only at low-load locations. This thesis focuses on the preparation of the scaffolds made of hydroxyapatite by using the freeze-casting method where the indirect 3D printing was applied to get open channels with the size over 200 µm. It also compares the mechanical properties of the scaffolds with different internal structures and monitors how the implementation of different types of grids affects the resulting stability. The scaffolds were prepared with a different arrangement of macro-channel in the internal structure, but they had equal dimensions as common property. The 3D grid was implemented before freezing into the mold and afterward the grid was eliminated by sintering, leaving only a channel system with the size 540-600 µm in the final scaffold. The influence of the type of the 3D grid on the resulting mechanical stability of the scaffold was determined. Rotation of this grid does not have a significant effect on the result, while it only helps with cracking in the direction of the helix. The combination of these methods reports very good controllability with directed macro-channels in the resulting scaffold and therefore it is suitable for the preparation of the bone-implants with different structures.
|
|
|
Tailoring of cooling procedure during freeze-casting for bone replacement applications.
Šantavý, Tomáš ; Novotná, Lenka (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Bachelor thesis focuses on preparation of hydroxyapatite ceramics by freeze-casting. Hydroxyapatite is an important ceramic material, due to its biocompatibility, biodegradability and bioactivity it has a wide range of use in medicinal applications especially in replacement of bone material. The chosen method, freeze-casting, is flexible, eco-friendly and we are able to achieve a high level of porosity. The method includes freezing, freeze drying and sintering which creates a porous structure of the prepared material. Objective of this bachelor thesis was to find out the impact on the created porosity and mechanical properties of the final material. Freezing rates were applied 3, 4, 5, 6, 7 and 26 m/s. During the experimental part it was established that the freezing rate has a significant influence on the newly formed inner microstructure, it directly influences the interlamellar distances and mechanical property which is compressive strength. With liquid nitrogen with a speed of 26 m/s the achieved compressive strength was of 15 MPa as well as the shortest interlamellar distances of 14-22 µm. With slower freezing rate the average interlamellar distances were 40-150 µm and compressive strength of 2-4 MPa with comparable porosity.
|
|
|
Žárové nástřiky biokeramiky
Kašpárková, Kristýna ; Mrňa, Libor (oponent) ; Kubíček, Jaroslav (vedoucí práce)
Bakalářská práce je zaměřena na žárové nástřiky biokeramiky. Biokeramika je určena pro náhradu poškozených částí lidského těla. Praktické využití má především v ortopedii, čelistní a obličejové chirurgii. Do této kategorie materiálů patří hydroxyapatit, který se vyznačuje biokompatibilitou a schopností tvořit pevnou vazbu mezi kostí a implantátem. Hydroxyapatit je používán jako povrchový povlak na titanových implantátech. Cílem experimentální části práce byl nástřik 40 – ti kusů zubních implantátů pro firmu LASAK s.r.o. Pro nanesení hydroxyapatitového povlaku byla použita technologie nástřiku plazmou. Požadovaná tloušťka povlaku byla 60 µm. Implantát byl před samotným nástřikem otryskán a očištěn. Nástřik proběhl ve specializované laboratoři dentálních a skeletálních implantátů ÚST FSI VUT Brno. Po nástřiku byla provedena 100% rozměrová kontrola.
|
|
|
Vícefázové biokeramické porézní náhrady kostní tkáně na bázi fosforečnanů vápenatých
Smiešková, Jana ; Šťastná, Eva (oponent) ; Šťastný, Přemysl (vedoucí práce)
Bakalářská práce se zabývá shrnutím poznatků na téma: Vícefázové biokeramické porézní náhrady kostní tkáně na bázi fosforečnanů vápenatých. Práce je členěna do dvou částí. První část představuje literární rešerši, která se zabývá biokeramickými materiály na bázi fosforečnanů vápenatých a jejich interakcí s tělem příjemce. Druhá část je experimentální. Popisuje přípravu směsných keramik (jedná se o směsi hydroxyapatitu (HA) a fosforečnanu vápenatého (TCP)) a vyhodnocení jejich mikrostruktury a změn fázového složení.
|
|
|
Příprava a charakterizace nástřiků hydroxyapatitu deponovaných technologii hybridního vodou-stabilizovaného plazmového hořáku z vodných roztoků
Antoš, Zdeněk ; Tkachenko, Serhii (oponent) ; Čížek, Jan (vedoucí práce)
Povlaky hydroxyapatitu jsou již dlouhou dobu v lékařství používány jako bariéra mezi kovovým jádrem náhrady a okolní živou tkání. Plazmový nástřik je běžně používanou technologií pro tvorbu takových povlaků. Tato práce se zabývá vlastnostmi povlaků hydroxyapatitu vytvořených technologií plazmového nástřiku s hybridním systémem stabilizace oblouku (WSP-H). Zároveň využívá inovativní metodu dávkování výchozího materiálu v podobě vodného roztoku (SPPS). Cílem práce bylo vyrobit vodné roztoky hydroxyapatitu a z nich poté deponovat nástřiky s využitím WSP-H. Tyto nástřiky byly charakterizovány z pohledu morfologie, chemického a fázového složení. Dále byly podrobeny biologickému testování biokompatibility kultivací a následnou analýzou buněk RAW 264.7 a MG-63. Nástřiky vytvořené SPPS vykazují výraznou členitost povrchu, která je vhodná pro biologickou aplikaci. Z testování biokompatibility bylo zjištěno, že tyto povlaky budou v lidském těle dobře tolerovány. Po dostatečné optimalizaci nástřikových parametrů a dosažení fázové čistoty nástřiku bude tento postup výroby povlaku hydroxyapatitu vhodnou náhradou starších metod.
|
|
|
Kompozitní keramické materiály na bázi hydroxyapatitu
Vojtíšek, Jan ; Ptáček, Petr (oponent) ; Bartoníčková, Eva (vedoucí práce)
Tato práce se zabývala studiem biokeramických materiálů na bázi hydroxyapatitu. Tyto materiály jsou obecně velmi důležité pro lékařské účely, zejména při rekonstrukcích a náhradě kostního materiálu. Pro medicínské aplikace je možno využít inertní, bioaktivní nebo bioresorbovatelných materiálů. Jedním z častých „bioaktivních“ materiálů je hydroxyapatit, který tvoří velkou část lidské kosti. Hydroxyapatit je možno připravit velkou řadou postupů, přičemž jednou z nejběžnějších metod je precipitační reakce, která byla použita v této práci. Pro zlepšení biokompatibility kostní náhrady se využívá porézních struktur s odpovídající mechanickou stabilitou. Pro prvotní studium simulace chování biomateriálů v lidském těle se používají tzv. in vitro testy v roztocích na bázi syntetických tělních tekutin či buněčných medií. Experimentální část práce se zabývala syntézou kompozitních sloučenin na bázi hydroxyapatitových prášků a CA fází. Reakce mezi jednotlivými komponenty byla studována pomocí termické analýzy a žárové mikroskopie. Vzniklé produkty byly analyzovány z hlediska fázového složení pomocí rentgenové difrakce. Připravené prášky byly dále zpracovány na pěnové struktury pomocí in situ napěňování a slinutí při vhodné teplotě. In vitro testy, sledující chování připravených porézních produktů v syntetické tělní tekutině, byly provedeny po dobu 7, 14 a 28 dní. Sledované kompozity byly poté studovány z hlediska biokompatibility pomocí skenovací elektronové mikroskopie. Současně byla sledována změna koncentrace Ca2+ a PO43- iontů v testovaných tělních tekutinách.
|
host ::
RSS.