Original title:
Materiály na bázi P3HB pro 3D tisk medicínských aplikací
Translated title:
Poly(3-hydroxybutyrate) based materials for 3D printing in medical applications
Authors:
Krobot, Štěpán ; Vojtová, Lucy (referee) ; Přikryl, Radek (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2022
Language:
eng Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[eng][cze]
Tato diplomová práce se zabývá přípravou a testováním 3D tištěných skafoldů pro kostní tkáňové inženýrství. Cílem práce je laboratorní příprava polymerních směsí na bázi poly(3-hydroxybutyrátu), polymléčné kyseliny a polykaprolaktonu a jejich zpracování do podoby 3D tiskových strun. Byly připraveny tři polymerní směsi, které byly zpracovány do podoby 3D tiskových strun. Pro vyhodnocení termických vlastností byla provedena diferenciální skenovací kalorimetrie, následně teplotní věžový test a test „warpingu“ pro stanovení zpracovatelských podmínek při 3D tisku. Nejnižší naměřený „warping“ koeficient byl 1,26 u směsi poly(3-hydroxybutyrátu) s polykaprolaktonem a změkčovadlem. Ke studiu mechanických vlastností materiálů byla použita tahová zkouška, tříbodová ohybová zkouška a tlaková zkouška. Skafoldy s různými povrchy pro kostní tkáňové inženýrství byly 3D tisknuty z připravených strun s cílem určit nejoptimálnější povrch pro proliferaci buněk. Pro stanovení povrchových vlastností a jejich vlivu na adhezi buněk bylo provedeno měření optického kontaktního úhlu s využitím metody OWRK pro výpočet povrchové energie. 3D vytištěné povrchy byly také podrobeny analýze drsnosti pomocí konfokálního mikroskopu, aby byla určena jejich drsnost a její vliv na kontaktní úhel s vodou a růst buněk. Nakonec v poslední části byly ve spolupráci s Ústavem experimentální medicíny AV ČR provedeny in vitro testy na skafoldech s cílem zjistit, zda jsou připravené materiály necytotoxické, a jak povrch skafoldu ovlivňuje růst a proliferaci buněk. Bylo zjištěno, že dva ze tří materiálů nejsou cytotoxické (obě směsi poly(3-hydroxybutyrátu) s polykaprolaktonem) a že jejich mechanické vlastnosti jsou srovnatelné s lidskou trabekulární kostí. Nejoptimálnějším povrchem pro růst buněk je pravděpodobně mřížka o průměru 50 m s drsností podél perimetru 1,9 m, což odpovídá kontaktnímu úhlu s vodou 74,1°.
This master's thesis deals with the preparation and testing of 3D printed scaffolds for bone tissue engineering. The aim of the thesis is laboratory preparation of polymer blends on the basis of poly(3-hydroxybutyrate), poly(lactic acid) and polycaprolactone and their processing into the form of 3D printing filaments. Three polymeric blends were prepared and processed into the form of 3D printing filaments. Differential scanning calorimetry was conducted to evaluate the thermal properties, followed by temperature tower test and warping test to determine the processing conditions for 3D printing. The lowest warping coefficient was 1.26 for a blend of poly(3-hydroxybutyrate) with polycaprolactone and plasticizer. Tensile test, three-point flexural test and compression test were used to study the mechanical properties of materials. Scaffolds with different surfaces for bone tissue engineering were 3D printed from prepared filaments to determine the most optimal surface for cell proliferation. To determine the surface properties and their influence on cell adhesion, optical contact angle measurement with the use of OWRK method to calculate surface energy was conducted. 3D printed surfaces were also subjected to roughness analysis by confocal microscopy to determine their roughness and its effect on contact angle with water and cell growth. Finally, in the last part, in vitro tests on scaffolds were conducted in collaboration with the Institute of Experimental Medicine (Czech Academy of Sciences) to find out whether the prepared materials are non-cytotoxic and how the surface of scaffold affects the cell growth and proliferation. In the end, two out of three materials were proven to be non-cytotoxic (both blends of poly(3-hydroxybutyrate) with polycaprolactone) and that their mechanical properties were comparable with human trabecular bone. The most optimal surface for cell growth is probably grid diameter 50 m with roughness along the perimeter 1.9 m, which corresponds with water contact angle 74.1°.
Keywords:
3D tisk; biokompatibilita; FDM; poly(3-hydroxybutyrát); skafoldy; tkáňové inženýrství; 3D printing; biocompatibility; FDM; poly(3-hydroxybutyrate); scaffolds; tissue engineering
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/204631
guest ::
