|
|
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.
|
|
|
Structure and Properties of Collagen/HAP Nanocomposite Networks
Kopuletá, Ema ; Lehocký,, Marián (oponent) ; Amler,, Evžen (oponent) ; Jančář, Josef (vedoucí práce)
Polymer-based materials are some of the most promising materials for tissue engineering and controlled drug delivery. Collagen, as one of the most abundant proteins to be found in mammals, is especially interesting due to its tunable properties and excellent host reactions. This thesis is focused on the self-assembly and the mechanical properties of collagen in solution, its kinetics and general principles controlling the process. The effect of hydroxyapatite nanoparticles on the collagen self-assembly and mechanical properties is also investigated. Possible mechanisms of collagen/hydroxyapatite interactions are elucidated along with the description of structure evolution and properties at various structural levels. The shear rate dependences and viscoelastic behavior of collagen I and its nanocomposites with hydroxyapatite (HAP) were measured and interpreted molecularly. The structure of collagen I scaffolds was studied and the effect of HAP and cross-linking was determined. Finally, the results were discussed in terms of the applicability of collagen/hydroxyapatite nanocomposites in scaffolds for bone tissue regeneration.
|
|
|
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.
|
|
|
Effect of bioceramic additives on morphology, physical and biological properties of collagen scaffolds for bone tissue engineering
Klieštiková, Nikola ; Poláček, Petr (oponent) ; Brtníková, Jana (vedoucí práce)
The diploma thesis deals with preparation of three-dimensional porous collagen composite scaffolds for bone tissue engineering and study of the effect of addition of bioceramic particles on morphological, biomechanical and biological properties. Theoretical part describes biomaterials and bioceramic particles used for scaffolds in bone tissue engineering and their fabrications method. As for experimental part, samples were prepared by the freeze-drying method. As tested material, type I collagen from porcine and bovine sources was combined with hydroxyapatite and mixture of -tricalcium phosphate and -tricalcium phosphate in ratios 1 : 1, 1 : 2 and 2 : 1. The effect of bioceramics solubility and particle sizes on scaffolds morphology, biomechanics and biocompatibility was evaluated. Addition of bioceramic particles changed the morphology of the samples. The pore size decreased, whereas the porosity was nearly the same in all tested samples. Bioceramic particles also made the collagen matrix of the scaffolds less hydrophilic, moreover they stabilized the scaffolds against the effect of enzymatic degradation. The biomechanical properties of the samples were tested in both dry and hydrated state. In dry state, the pure bovine collagen scaffolds reached the highest compressive strength, contrary in hydrated state, the samples containing bioceramic particles reached the highest value. None of the samples was cytotoxic and the most preferable environment for cell adhesion and proliferation was in the pure bovine collagen scaffolds and also in the composite scaffolds with ratio HAp : -TCP : 1 : 1.
|
|
|
Rheological properties of biodegradable thermosensitive copolymers
Chamradová, Ivana ; Poláček, Petr (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
The general goal of the proposed diploma work was preparation, characterization and rheological study of well-defined “smart” injectable hydrogels from biodegradable, biocompatible, controlled life-time copolymers based on hydrophilic poly(ethylene glycol) (PEG) and hydrophobic poly(lactic acid)—co—poly(glycolic acid) (PLA/PGA) copolymer. Resulted thermosensitive PLGA—PEG—PLGA copolymer, which gels at body temperature, was additionally functionalized by itaconic anhydride (ITA) from renewable resources, bringing both reactive carbon double bonds and functional —COOH groups to polymer ends. Additionally, the PLGA—PEG—PLGA copolymer was modified by inorganic bioactive hydroxyapatite (HAp) for usage as injectable bone bioadhesive. Both functionalized ITA/PLGA—PEG—PLGA/ITA copolymer and PLGA—PEG—PLGA/HAp polymer composite affected rheological properties of original PLGA—PEG—PLGA copolymer deciding whether or not would be the new polymeric material suitable as injectable drug carrier or bone adhesive in medical applications. Experimental part of this thesis describes mainly characterization of viscoelastic properties of both unmodified and ITA or HAp modified PLGA—PEG—PLGA copolymer by test tube inverting method (TTIM) and dynamic rheological analysis. Advantage of TTIM is sol-gel visualization with determination of the critical gelation temperature and the critical gelation concentration. The rheological measurements provide information about viscosity and elasticity of the gel by the changes storage (G´) and loss (G´´) modulus. The prepared copolymers were additionally characterized by 1H NMR and GPC. Surface and HAp particles size was determined by both SEM and Laser Particles Size Analyzer. Both unmodified and ITA or HAp modified PLGA—PEG—PLGA copolymers exhibited sol-gel transitions induced by increasing temperature. Rheological properties of copolymers’ 6 to 24 wt% water solutions investigated either by TTIM or by rheometer were in good agreement. Evaluating by rheometer, the copolymers showed two cross-points, where G´= G´´. The first one very well corresponded with the first sol-gel transition found via TTIM. The maximum values of G´ representing the highest gel stiffness lie in the white gel observed by TTIM. The second cross-point constituted to the gel-suspension transition where white polymer is precipitated from the water. The gel stiffness grows with increasing polymer concentration in water. In comparison, ITA modification or addition of HAp (0, 10, 20, 30, 40, 50 wt%) caused increasing the gel stiffness of unmodified PLGA—PEG—PLGA copolymer and approximating the temperature of G´max closer to body temperature (37 °C). Investigated both ITA/PLGA—PEG—PLGA/ITA copolymer and PLGA—PEG—PLGA/HAp composite were proved to be suitable candidates as injectable systems for drug delivery or regenerative medicine in orthopedics or dental applications, respectively.
|
|
|
Studium biokeramických materiálů na bázi fosforečnanů vápenatých
Kolář, Martin ; Maca, Karel (oponent) ; Cihlář, Jaroslav (vedoucí práce)
Byla připravena rešerše na téma „Biokeramické materiály“ se zaměřením na vrstevnaté biomateriály na bázi fosforečnanů vápenatých. Na základě získaných informací byly navrženy a provedeny experimenty přípravy vrstevnatých materiálů na bázi fosforečnanů vápenatých metodou spin-coating se zaměřením na optimalizaci podmínek nanášení vrstev. Dále byly provedeny experimenty přípravy objemové hydroxyapatitové keramiky uniaxiálním lisováním s následným tepelným zpracovaním. Připravená vrstevnatá a objemová keramika byla hodnocena z hlediska bioaktivních vlastností testováním interakcí se simulovanou tělní tekutinou.
|
|
|
Syntéza biokeramických materiálů na bázi hydroxyapatitu
Kočicová, Pavla ; Králová, Marcela (oponent) ; Částková, Klára (vedoucí práce)
Práce se zabývá precipitační syntézou nanočásticového hydroxyapatitu s cílem posoudit vliv reakčních podmínek na morfologii částic. Teoretická část je zaměřena na obecnou charakterizaci biomateriálů, biokeramik a fosforečnanů. Dále se konkrétně zabývá hydroxyapatitem, jeho charakteristikou a možnými syntézami. Experimentální část práce popisuje precipitační syntézu hydroxyapatitu. Syntézy probíhaly při reakční teplotě 0-80 °C, při pH = 8-11, při době stárnutí 0-24 h, v přítomnosti povrchově aktivní látky (PAL) a chelatačního činidla a při postprecipitačním hydrotermálním nebo ultrazvukovém zpracování. K popisu připravených prášků byla využita rastrovací elektronová mikroskopie (SEM), transmisní elektronová mikroskopie (TEM), rentgenová difrakce (XRD), laserová difrakce (LD) a analýzy specifického povrchu (BET). Precipitační syntézou byly připraveny čisté prášky hydroxyapatitu nebo směs hydroxyapatitu a fosforečnanu vápenatého. Morfologie částic HA byla silně ovlivněna reakční teplotou – se zvyšováním teploty vznikaly rozměrnější částice s jasnější morfologií, většinou ve tvaru tyčinek. Na morfologii částic HA mělo značný vliv postprecipitační hydrotermální zpracování, které způsobilo vznik kulovitých nebo mírně podlouhlých částic. Reakční prostředí voda/etanol mělo vliv na morfologii částic – inhibovalo jejich růst.
|
|
|
Polymeric Materials for the Controlled Drug Delivery and Controlled Release of Active Substances
Chamradová, Ivana ; Kučerík, Jiří (oponent) ; Lehocký,, Marián (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
The literature review of proposed doctoral thesis summarizes knowledge of both present-day biomaterials and the new type of “smart” biomaterials such as thermosensitive copolymers. Among those copolymers whose aqueous solutions are liquid at laboratory temperature but turn into a solid gel as the temperature rises to 37 °C belong e.g. amphiphilic triblock copolymers based on the biodegradable hydrophobic polylactide, polyglycolide and hydrophilic poly(ethylene glycol) (PLGA PEG PLGA). Commercially available thermosensitive PLGA PEG PLGA copolymers, known as ReGel or OncoGel are used as injectable controlled drug delivery systems for diabetes or cancer treatment, respectively. However, PLGA PEG PLGA copolymers might be used as well as inorganic drug delivery carries and biodegradable implants for regenerative medicine in orthopedic and dental applications. For this reason the biocompatible hydroxyapatite (HAp), utilized in the bone remodeling process, was employed because of its majority representation in hard tissue. The experimental part of this work is focused on the preparation of HAp/PLGA PEG PLGA composites, where used HAp was in the form of either nano- (n-HAp) or core-shell (CS) particles. Novel core-shell particles, prepared by double emulsion method, were consisted of “rigid” n-HAp core covered by PLGA PEG PLGA shell additionally end-functionalized by itaconic acid (ITA/PLGA PEG PLGA/ITA). ITA modification brought crosslinkable both double bonds and functional carboxylic groups to the ends of copolymer chains. Consequently, the ITA/PLGA PEG PLGA/ITA copolymer shell was chemically crosslinked to form life-time controlled 3D polymer network surrounded HAp core resulting in crosslinked core-shell particles (CS-x). The ATR-FTIR spectroscopy proved the presence of “new” ester bonds in polymer shell at 1021 cm-1 arising from the carbodiamide coupling reaction between -OH and -COOH groups. As mentioned above, both n-HAp and CS-x particles were mixed with the copolymer thermosensitive PLGA PEG PLGA matrix and flow/gelation behavior important for injectable materials were evaluated by rheological measurement. . It was found, that the addition of less than 5 wt.% of n-HAp particles or 10 wt.% of CS-x particles into the PLGA PEG PLGA polymer matrix retains its thermosensitive properties. However, adding higher amount of either n-HAp particles or CS-x particles in copolymer matrix changed the aqueous sol to permanent stiff gel while the temperature increases above 37 °C. Based on the ICP-OES analysis, the release of CS-x particles from 10 w/v % PLGA PEG PLGA gel matrix to the incubation medium at 37 °C was faster than in case of n-HAp particles (6 % vs. 3% in 9 days, respectively) which are more strongly bonded to matrix micellar structure. As a conclusion, composite based on n-HAP particles in copolymer matrix exhibiting stiff permanent gel at body temperature is suitable more as biodegradable bone adhesive while composite consisting of CS-x particles in thermosensitive copolymer matrix is useful as injectable drug delivery carrier.
|
|
|
Příprava biokeramických materiálů pro medicínské aplikace
Doboš, Petr ; Šoukal, František (oponent) ; Palou, Martin (vedoucí práce)
Cílem práce bylo připravit vzorky práškového hydroxyapatitu pomocí sol-gel a precipitační metody. Po syntéze byly prášky vylisovány a vypáleny při teplotách 500 °C, 800 °C a 1100 °C. Vzorky HAP byly podrobeny analýze FTIR, XRD, SEM. Výsledné měření poukazuje na velikost HAP částic v rozmezí mikro až nano rozměrů. Průměrná velikost dominantních zrn je v oblasti kolem 5 – 8 µm pokryté menšími částicemi o rozměru 1 µm. Byla sledována mikrostruktura materiálu a bioaktivita in vitro v simulovaném krevním roztoku po 4 týdnech. Bioaktivita byla ovlivněna teplotou výpalu, od které závisí mikrostruktura. Je zřejmé, že tloušťka vrstvy hydroxyapatitu na povrchu roste s teplotou výpalu.
|
|
|
Stress-strain analysis of skull implant
Hřičiště, Michal ; Borák, Libor (oponent) ; Marcián, Petr (vedoucí práce)
Cranial implants are used as a substitute for parts of cranial bones that lost its function due to trauma or disease. An important factor, that influences function of the cranial implant structure, is its mechanical behavior. This thesis briefly summarizes current knowledge in the field of cranial defect reconstruction and provides comparison of different types of materials and implant wall shapes, based on stress-strain analysis of Computer Tomography based neurocranial model with placed implant and loaded by intracranial pressure and external load.
|
host ::
RSS.