|
|
The effect of organic and inorganic additives on the chemico-physical properties of biopolymer substrates for tissue engineering
Kohoutek, Martin ; Muchová, Johana (oponent) ; Brtníková, Jana (vedoucí práce)
This bachelor’s thesis deals with the preparation and characterization of composite collagenous scaffolds for possible applications in both bone and skin tissue engineering with an emphasis on their chemico-physical properties. In the theoretical part, the selected components for fabrication of the scaffolds are described and later were used to fabricate 3D porous composite scaffolds in the experimental part. Altogether, four different composite collagenous scaffold types and a reference pure collagen scaffold type were prepared using the freeze-drying fabrication technique. Two scaffold types were made by combining collagen with either oxidised cellulose (OC) or carboxymethyl cellulose (CMC). The other two types of scaffolds had the same biopolymeric origin enhanced with the addition of bioceramics based on the hydroxyapatite and tricalcium phosphates. The microstructure, porosity and pore size were assessed by the scanning electron microscopy. The highest porosity and pore size were achieved by the reference purely collagenous scaffolds, followed by the collagen composites with OC and CMC. Scaffolds with the content of bioceramics had the lowest porosity and pore size, especially those containing CMC. Swelling behaviour analysis and enzymatic degradation in vitro showed, that the hydrophilicity and mass loss in the degradation process correlate with each other. The scaffolds without bioceramics were more hydrophilic and achieved greater mass loss than the scaffolds containing bioceramics. The pure collagen was in the between the two groups. Scaffolds containing CMC achieved greater mass loss and hydrophilicity than their OC counterparts. In terms of mechanical properties, scaffolds with bioceramics achieved higher compressive strength in the wet state than the other three scaffold types. The mechanical properties were generally better for scaffolds with lower porosity and lower hydrophilicity.
|
|
|
Materiály pro veterinární tkáňové inženýrství
Lavrinčíková, Veronika ; Krouská, Jitka (oponent) ; Venerová, Tereza (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá materiály, které by mohly být využity ve veterinárním tkáňovém inženýrství. Jedním z těchto materiálů je i hydroxyapatit, tvořící přípravek PerOssal® (51,5 % hydroxyapatit, 48,5 % síran vápenatý), který byl v této práci použit. Bylo pozorováno chování pelety tohoto přípravku ve vodném prostředí, kde docházelo k jejímu rozpadu na částice, které byly následně analyzovány pomocí metody DLS a skenovací elektronové mikroskopie. Částice tvořící peletu se velikostně pohybují v řádech mikrometrů v případě síranu vápenatého a v řádech nanometrů v případě hydroxyapatitu. Hlavním cílem bylo pozorovat difúzní charakteristiku hydroxyapatitu (PerOssal®) za pomocí Rhodaminu 6G, kdy bylo zjištěno, že během 18 dnů peleta postupně uvolňuje různé koncentrace fluorescenční sondy, aniž by se samovolně rozpadla a nejintenzivnější uvolňování probíhalo během prvních dvou dnů experimentu. Přípravek PerOssal® má ve veterinární medicíně potenciál, nejen díky tomu, že může být použit jako výplňový materiál při náhradě kostní tkáně, ale i díky své schopnosti být nosičem, jelikož je peleta schopná do svého objemu nasorbovat vodný roztok léčiva a následně ho v delším časovém úseku uvolňovat v malých dávkách.
|
|
|
Customized hybrid bioscaffolds for bone regeneration
Šťastný, Přemysl ; Šupová,, Monika (oponent) ; Pabst, Willi (oponent) ; Trunec, Martin (vedoucí práce)
The doctoral thesis titled “Customized hybrid bioscaffolds for bone regeneration” is divided into two parts. The first part tries to reveal the theoretical background of a bone-to-implant interaction and the current state of the art in the research of calcium phosphate materials and calcium phosphate-based implants for bone tissue engineering. The customization concept and a careful selection of phase composition represents two main points of the second, experimental, part of the doctoral thesis. The customization concept in this work is not only just a simple shape and dimension optimization process of an implant, but additionally attention is paid to the microstructural features, phase composition and phase distribution allowing the rational design and a production of tailor-made materials for dinstinct medical applications. Cellular and biological responses to the ceramic materials were evaluated both by in-vitro and in-vivo tests and were discussed against the material composition and the microstructural features. The doctoral thesis shows how a fundamental understanding of physical and chemical properties of the material under question can help to design implants material with an outstanding biological response. The in-vivo application of the customized implant and its comparison with the current gold standard bone graft material – bone autograft is a unique and valuable outcome of the doctoral thesis.
|
|
|
Hodnocení vlivu chelatačních činidel na vlastnosti fosforečnanových povlaků na hořčíkové slitině AZ31 připravených hydrotermální cestou
Molva, Vojtěch ; Doskočil, Leoš (oponent) ; Buchtík, Martin (vedoucí práce)
Cílem této bakalářské práce bylo hodnocení vlivu chelatačních činidel na vlastnosti CaP povlaků deponovaných na tvářené hořčíkové slitině AZ31 připravených hydrotermální metodou. Teoretická část se zabývá hořčíkem a jeho slitinami využitelnými nejen v biomedicíně. Následně jsou zde popsány možnosti povrchových úprav v oblasti biomedicínských aplikací s důraznějším zaměřením na povlaky na bázi vápenatých fosfátů (CaP). Dále je pojednáno o těchto povlacích a vlivu vybraných chelatačních činidel na tvorbu CaP povlaků. Teoretická část je zakončena rešerší již provedených experimentů přípravy CaP povlaku na Mg slitinách. Experimentální část zahrnuje přípravu a analýzu ochranné vrstvy Mg(OH)2, nezbytnou pro depozici CaP povlaků. V rámci experimentální části byl studován vliv chelatačních činidel (Chelaton III, kyselina citronová, hydrát glukonátu hořečnatého) o koncentracích 5, 50 a 500 mM při různých pH reakční směsi na strukturu, morfologii, složení a kvalitu připravených CaP povlaků. Morfologie, struktura a složení deponovaných povlaků bylo zkoumáno pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM) a energiově disperzní spektroskopie (EDS). Na základě těchto analýz bylo provedeno hodnocení kvality povlaků. Z hlediska kvality povlaku se jako nejlepší jevil povlak připravený ve směsi s přídavkem 50 mM Chelatonu III při pH 7 a s přídavkem 5 mM hydrátu glukonátu hořečnatého při pH 5. Korozní odolnost byla zkoumána pomocí potenciodynamických zkoušek v 0,15M NaCl, a to vždy u vzorku z každé série, který vykazoval nejlepší kvalitu. Z polarizačních křivek byly pomocí Tafelovy extrapolační metody určeny hodnoty korozního potenciálu (Ecorr) a proudové korozní hustoty (icorr). Na základě provedených měření byl korozně nejodolnější povlakovaný vzorek s přídavkem 5 mM hydrátu glukonátu hořečnatého při pH 5.
|
|
|
Kompozitní hydrogely
Blechová, Dominika ; Smilek, Jiří (oponent) ; Venerová, Tereza (vedoucí práce)
Obsahem této bakalářské práce je rešerše na téma kompozitních hydrogelů a následný výzkum reologických vlastností připravených hydrogelů z polysacharidu – Gellanu a také zjištění vlastností hydrogelů s přídavkem dvou druhů částic – IPA vezikul a směsi částic hydroxyapatitu a síranu vápenatého získaných rozpadem pelety PerOssalu (PO částice). Hydrogely jsou připravované se třemi různými koncentracemi Gellanu – 1 %, 1,5 %a 2 %. Vlastnosti takto připravených hydrogelů byly zjišťovány pomocí frekvenčních a převážně amplitudových testů. Dále byly porovnány dvě různé metody aplikace vzorku na měřící destičku reometru. Běžně využívaná metoda nakrájení vzorku byla nahrazena injekční aplikací. Injekčně aplikované vzorky byly proměřeny, výsledky vyhodnoceny a porovnány s výsledky gelů aplikovaných nakrájením.
|
|
|
Antibacterial properties of bioceramic materials
Achberger, Šimon ; Částková, Klára (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Implant surgery carries a risk of infection caused by bacterial contamination of the implant surface. An effective way to inhibit proliferation of bacteria is via antibacterial surfaces, however, their usage is medically and technologically difficult. Previous research shows that cicada wing topography exhibits unique bactericidal properties. In this thesis, various topographies were fabricated using heat treatment under hydrothermal conditions. The goal was to produce a surface covered by high aspect ratio structures with 60–215 nm width and 200–300 nm length. A relative density of 85%, 12 hrs long heat treatment and solution pH 4 and 5,6 had a positive effect on formation of thin surface structures. Quantity of morphological changes was proportional to -tricalcium phosphate content.
|
|
|
Biomimetické modifikace titanu v tkáňovém inženýrství kostí.
Krýslová, Markéta ; Filová, Elena (vedoucí práce) ; Rampichová, Michala (oponent)
V okamžiku, kdy dojde k poškození či opotřebení kloubů, je jedním z řešení problému umělá náhrada. Nahrazením postiženého kloubu endoprotézou dochází ke snížení bolesti a pacient může opět vést kvalitní život bez omezení pohybu. Při konstrukci implantátu je třeba splnit všechna specifická kritéria na vlastnosti materiálu. Důležitý je hlavně jeho povrch, který je přímo spojen s kostní tkání. Po implantaci materiálu do kosti se může objevit řada negativních efektů např. infekce, zánět či uvolnění implantátu v důsledku nedostatečné osteointegrace. A právě vhodnou modifikací povrchu materiálu by mohla být zkvalitněna a urychlena osteointegrace a následná regenerace kostní tkáně. Tato práce se zabývá vývojem a hodnocením moderních materiálů imitujících strukturu kosti, zejména nanodrsnost a přítomnost biomimetické složky, např. hydroxyapatitu. V samotném experimentu je hodnocena adheze, proliferace, viabilita, diferenciace a syntéza specifických proteinů lidských osteoblastů linie Saos-2 na titanu modifikovaném nanotubami a hydroxyapatitem v porovnání s nemodifikovaným titanem. Klíčová slova: titan, osteoblasty, nanotuby, hydroxyapatit, nanodrsnost
|
|
|
Advanced preparation of inorganic (ceramic) particles and nanostructures
Šťastná, Eva ; Martinovou,, Lenku (oponent) ; Vojtová, Lucy (oponent) ; Částková, Klára (vedoucí práce)
An electrospinning process was used for bioactive nanofibrous structures preparation. Neat polycaprolactone nanofibres and polycaprolactone nanofibres containing hydroxyapatite nanoparticles were successfully prepared via electrospinning and characterized using scanning electron microscopy. Mechanical properties of the nanofibres were analyzed using uniaxial tensile strength test. Results of the testing showed strong influence of the nanofibres direction alignment and nanoparticles presence on the mechanical properties of the prepared structures. The direction alignment contributed to higher elastic modulus and failure stress regardless the presence of the hydroxyapatite nanoparticles in the structure. However, the direction alignment considerably reduced failure strain of the structure. An interesting phenomenon occurred by the composite nanofibres – the influence of the hydroxyapatite particles was more distinct by the random fibres (they worsened failure strain and failure stress of the random composite fibres) but the hydroxyapatite particles did not have such strong effect on the parallelly aligned fibres. The samples were then modified by surface low-temperature plasma treatment to improve biological properties of the nanofibres. Change of the nanofibres surface characteristics was examined by contact angle measurement by sessile drop method and by XPS spectroscopy. The contact angle measurement showed that the plasma treatment considerably increased structures hydrophilicity – was unmeasurable. The XPS analysis explained the effect of the plasma treatment on microscopical scale – the plasma treatment had affected only polymer constituent of the treated structure, the hydroxyapatite nanoparticles remained intact. Selected prepared structures were biologically tested. Test in simulated body fluid proved high bioactivity of the polycaprolactone/hydroxyapatite composite nanofibres through precipitation of calcium phosphates phases on the composite structures. Following in-vitro tests using living cell cultures (ISO 10993-5 and WST-8 test) proved beneficial influence of the hydroxyapatite in the structure and of the surface plasma treatment when bioactivity of the plasma treated composite structures increased 1.5 times compared to the neat as-spun polycaprolactone fibres.
|
|
|
Optimalizace 3D tisku a post-processingu pokročilé keramiky na bázi kalcium fosfátu
Valenová, Ludmila ; Hadraba, Hynek (oponent) ; Drdlík, Daniel (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá přípravou hydroxyapatitových těles metodou aditivní výroby Lithography based ceramics manufacturing – LCM. Pro 3D tisk keramických těles byla použita fotocitlivá suspenze s hydroxyapatitovými částicemi. Byl zkoumán vliv parametrů tisku na výslednou makrostrukturu i mikrostrukturu, hustotu a rozměrovou přesnost. Snahou bylo získat hutné součástky po tepelném zpracování bez delaminace vrstev a optimalizovat následné technologické kroky: čištění a tepelné zpracování. Pozorováním mikrostruktury byla objevena mikroporozita na rozhraní tisknutých vrstev, která mohla způsobovat delaminaci vrstev. Pomocí vysokoteplotní dilatometrie byla zjištěna různá teplota začátku zhutňování ve směru podélném a kolmém na vrstvy, což by mohl být iniciační mechanismus pozorované delaminace vrstev. Rentgenovou difrakční analýzou bylo prokázáno jednofázové složení použitého prášku i u slinutých součástí. Ze získaných informací optimalizace čistícího procesu těles po 3D tisku byl jako vhodný čisticí prostředek navrhnut komerční produkt LithaSol 20 a efektivnější způsob čištění v ultrazvuku. Na základě termogravimetrické analýzy byl optimalizován cyklus tepelného zpracování, který při zachování hustoty, rozměrů a makrostruktury 3D tisknutých těles vedl k časové úspoře 49 hodin.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.