|
|
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.
|
|
|
Vývoj světlocitlivých keramických suspenzí pro 3D tisk porézních bioskafoldů
Ravasová, Michaela ; Novotná, Lenka (oponent) ; Částková, Klára (vedoucí práce)
Cieľom diplomovej práce je vývoj svetlocitlivých keramických suspenzií pre tvorbu poréznych bioskafoldov pomocou 3D tlače. Suspenzie boli založené na báze oxidu hlinitého a v druhej fáze experimentálnej časti na báze kalcium fosfátov. Teoretická časť diplomovej práce je zameraná na opis ľudskej kosti a vlastností bioskafoldov, prehľad biomateriálov a metód príprav poréznej biokeramiky s následným prehľadom doterajších výsledkov iných vedeckých skupín v danej oblasti. Experimentálna časť popisuje vývoj suspenzií. Bol sledovaný vplyv monomérov, fotoiniciátorov, disperzantu a keramického prášku na vlastnosti suspenzií a ich schopnosť fotopolymerizácie. Optimalizovaním suspenzií bolo dosiahnuté vhodné zloženie pre 3D tlač skafoldov z oxidu hlinitého. Množstvo disperzantu a keramického prášku bolo volené podľa výsledkov reologických meraní a pomer monomérov a obsah iniciátorov podľa gelačných testov, kde bola sledovaná závislosť polymerizácie živice od dĺžky času osvietenia. Suspenzie boli následne vytlačené a spekané. U spekaných telies bola charakterizovaná mikroštruktúra so zameraním na defekty špecifické pre proces odstraňovania spojiva. Po vytvorení suspenzie z oxidu hlinitého vhodnej pre 3D tlač bol rovnaký postup aplikovaný i na tvorbu suspenzií na báze kalcium fosfátov. Výstupom diplomovej práce je suspenzia na báze oxidu hlinitého, respektíve trikalcium fosfátu pripravená zo zmesi dvoj a štvorfunkčných akrylátov v hmotnostnom pomere 1:1, s 73-77 hm.%, respektíve 65 hm.% plnením prášku a 2 hm.%, respektíve 3 hm.% disperzantu. Suspenzia je vhodná pre stereolitografickú 3D tlač tenkostenných telies pre biomedicínske aplikácie.
|
|
|
Porous-alumina-assisted formation of metal and metal-oxide nanostructures for use in advanced micro-devices
Kamnev, Kirill ; Mardare, Andrei Ionut (oponent) ; Blanchar, Xavier Correig (oponent) ; Mozalev, Alexander (vedoucí práce)
The anodization of metals through porous anodic alumina (PAA) matrix (PAA-assisted anodization) is used alternatively to nanoporous anodization or conventional nanofabrication methods for producing novel nanostructured metal oxides with improved characteristics. Enhancing properties of ZrO2 and HfO2 by nanostructuring possesses significant interest due to the active commercialization of these metal oxides. Nanostructuring ZrO2 and HfO2 by anodization is challenging because of early anodic-oxide crystallization and nearly zero cation transport number. These issues are addressed by a systematical investigation of anodizing behavior of Al superimposed on Zr or Hf layers. Reproducible PAA-assisted growth of ZrO2 nanostructures partially filling the pores of the PAA matrix is achieved for the first time. The PAA-embedded ZrO2 nanostructures demonstrate enhanced dielectric performance in a wide frequency range with low leakage current and high breakdown voltage, making them attractive for application in wet and hybrid electrolytic capacitors. The planarized films compatible with standard nanofabrication methods and comprising ZrO2 nanostructures fully filling the pores in the PAA matrix are synthesized by combining the PAA-assisted anodization of Zr with partial PAA dissolution. Such films are utilized in experimental MIM microcapacitors exhibiting low leakage current, high breakdown voltage, high energy density, low temperature coefficient of capacitance, and excellent capacitance-voltage linearity, which makes them perfect candidates for on-chip passive device integration. The PAA-assisted ZrO2 nanofilms are approbated for the first time to produce osteogenic bioceramic coatings. Such nanostructured ZrO2 bioceramic coatings can module cell-surface interactions and increase osteoblast mineralization 5-fold compared to flat ZrO2 anodic coating. The PAA-assisted nanostructured HfO2 films exhibit repeatable low-power eigh-wise bipolar resistive-switching properties, making them highly prominent as solid electrolytes in memristor applications. The PAA-assisted anodization of Hf combined with appropriate surface chemical modification is utilized for the first time for creating self-organized superhydrophobic, oil-repelling, visible light transparent, and antireflective nanostructured HfO2 coatings highly suitable for passivation of photovoltaic devices.
|
|
|
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.
|
|
|
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
|
|
|
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.
|
|
|
Příprava sklokeramických materiálů pro dentální aplikace
Hasalíková, Tereza ; Dlabajová, Lucie (oponent) ; Bartoníčková, Eva (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá studiem sklokeramických materiálů a jejich použitím ve stomatologii. V dnešní době je kladen důraz především na zdravotní nezávadnost materiálu, schopnost přizpůsobit se hostitelské tkáni, na mechanické vlastnosti, cenovou dostupnost, snadnou a rychlou výrobu, estetiku a rychlou rekonvalescenci pacienta. Teoretická část práce se věnuje různým materiálům z různých vstupních surovin používaných pro zubní náhrady. Zvláštní pozornost je věnována sklokeramickým a keramickým biomateriálům, jejich přípravě, tepelnému zpracování a testování zdravotní nezávadnosti. Experimentální část se věnuje přípravě práškových materiálů metodou sol-gel. Z většího počtu vzorku byly vybrány ty, u nichž proběhla gelace a vykazovaly dobré výsledky z XRD a žárové mikroskopie. Vybrané vzorky byly následně podrobeny tepelnému zpracování za vzniku sklokeramického materiálu. Produkty byly charakterizovány z hlediska fázového složení pomocí XRD, z hlediska chování za vyšších teplot pomocí analýzy TG-DTA, žárové mikroskopie a z hlediska morfologie připravených částic pomocí SEM analýzy.
|
|
|
Biokeramické pěny na bázi křemíkem substituovaných fosforečnanů vápenatých
Karkuszová, Karina ; Šťastná, Eva (oponent) ; Novotná, Lenka (vedoucí práce)
Teoretická časť bakalárskej práce zhrňuje súčasný stav poznania z oblasti biokeramických materiálov na bázy vápniku, fosforu a kremíku. Konkrétnejšie sa zameriava na kalcium fosfáty, požiadavky na nich kladené, pórovitosť 3D pien a biologické vlastnosti, ako je biodegradácia a bioaktivita. 3D biokeramické kalcium fosfátové peny dopované kremíkom sa javia ako vhodný materiál na použitie v biomedicínskych aplikáciách. Práve kremík zohráva úlohu pri vývoji zdravej kosti a vytváraniu nového tkaniva. Kremíkové substitúcie sú v oblasti skúmania dôležité, pretože zlepšujú biologickú odpoveď kalcium fosfátov. V experimentálnej časti boli najprv pripravené kalcium fosfátové prášky pomocou tuhofázovej reakcie hydroxyapatitu a oxidu kremičitého. Vybrané obsahy práškov boli 0; 0,1; 1, 2,5, 5, 10 a 20 hm.% SiO2. Vzorky boli spekané na teploty 1100 °C, 1200 °C a 1300 °C. Druhá časť pozostávala z prípravy 3D pien priamym penením pomocou polyuretánu a následnou charakteristikou fázového zloženia, rozpustnosti a bioaktivity. Biokeramické peny mali vysoko pórovitú štruktúru. Počas 42 dní bolo sledované správanie vzoriek v Tris-HCl a simulované tělní tekutině (SBF). Výsledky experimentu ukázali, že vzorky sú bioaktívne a substitúcia kremíkom zvyšuje rozpustnosť kalcium fosfátov. Preto majú tieto materiály potenciálne využitie pre biomedicínske aplikácie
|
|
|
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.
|
|
|
Tvarování biokeramiky metodou povlakování namáčením
Gockert, Radek ; Částková, Klára (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá popisem základních tvarovacích metod biokeramických materiálů, speciálně popisem metody povlakování namáčením. Následně experimentální část prezentuje použití této metody k přípravě keramických mikro jednotek z hydroxyapatitu, obsahujících mikro kanálek vhodných pro transport médií v živé tkáni. V rámci této metody také popisuje možnosti modifikace tohoto procesu pro tvorbu kapek a stabilního filmu. V následném slinovacím procesu dává do souvislosti vliv teploty a kalcinaci výchozího prášku na výslednou mikrostrukturu, konkrétně porozitu a velikost zrna. V rámci práce byly připraveny mikro jednotky z hydroxyapatitu o velikosti od 50 µm do 1 mm s různou porozitou a velikostí mikro kanálku.
|
host ::
RSS.