|
|
Silicon substituted calcium phosphate based bioceramic scaffolds
Karkuszová, Karina ; Šťastná, Eva (referee) ; Novotná, Lenka (advisor)
The theoretical part of this bachelor thesis summarizes the current state of knowledge of bioceramic materials based on calcium, phosphorus and silicon. More specifically, it focuses on calcium phosphates, the demands placed on them, the porosity of 3D foams, and biological properties such as biodegradation and bioactivity. 3D bioceramic calcium phosphate foam doped with silicon appears to be a suitable material for use in biomedical applications. It is the silicon that plays a role in the development of healthy bone and the formation of new tissue. Silicon substitutions are important in the field of investigation because they improve the bioassay of phosphate calcium. In the experimental part, calcium phosphate powders were first prepared by the hydroxyapatite and silica fusion reaction. Selected powder contents were 0; 0.1; 1, 2.5, 5, 10 and 20 wt.% SiO2. The samples were sintered at 1100 °C, 1200 °C and 1300 °C. The second part consisted in the preparation of 3D foams by direct penetration with polyurethane and the subsequent characteristics of phase composition, solubility and bioactivity. Bioceramic foams had a highly porous structure. For 42 days, sample behavior in Tris-HCl and simulated body fluid (SBF) was monitored. The results of the experiment have shown that the samples are bioactive and silicon substitution increases phosphate calcium solubility. Therefore, these materials are potentially useful for biomedical applications
|
|
|
Fabrication of dental glass-ceramics
Hasalíková, Tereza ; Dlabajová, Lucie (referee) ; Bartoníčková, Eva (advisor)
This bachelor´s thesis deals with the study of glass-ceramic materials and their use in dentistry. Nowadays, studies are placed on health harmless of the material, the biological ability to adapt to the host tissue, mechanical properties, affordability, easy and fast production, aesthetics and quick recovery of the patient. The theoretical part of the work deals with various materials from various input materials used for dental substitutes. Special attention is paid to glass-ceramic and ceramic biomaterials, their preparation, heat treatment and health testing. The experimental part deals with the preparation of powder materials by the sol-gel method. Of the larger number of samples, those were selected for gelation and showed good XRD and heat microscopy results. The selected samples were subsequently subjected to heat treatment to form a glass ceramic material. The products were characterized by XRD phase composition in terms of phase temperature behavior by TG-DTA analysis, heat microscopy and SEM morphology analysis of prepared particle.
|
|
|
Antibacterial properties of bioceramic materials
Achberger, Šimon ; Částková, Klára (referee) ; Salamon, David (advisor)
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.
|
|
|
Neural bioceramic scaffold prepared by freeze-casting
Vojníková, Michaela ; Pejchalová, Lucie (referee) ; Salamon, David (advisor)
Pre regeneráciu a rast poranených nervových vlákien bolo preskúmaných mnoho postupov, no výsledný rast axónov je často náhodný až dezorganizovaný a odráža sa na zložitejšom zotavovaní pacienta. V tejto práci boli vyrobené nové skafoldy s mikroštruktúrnymi a mechanickými vlastnosťami nervového skafoldu pomocou metódy freeze-casting. Konkrétne boli vyrobené biokeramické skafoldy na báze fosforečnanov vápenatých, oxidu titaničitého alebo oxidu zirkoničitého. Pomocou kontrolovaného rastu ľadu v jednom smere bola pripravená orientovaná mikroštruktúra. Pozorovanie pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie potvrdilo lineárne orientované póry (lamelárny systém), v ktorých priemerná veľkosť pórov klesala so zvyšujúcou sa rýchlosťou mrazenia. Skafoldy pripravené pomocou mrazenia v tekutom dusíku vykazovali vynikajúce mechanické vlastnosti, kde pevnosť v ohybe bola získaná v rozmedzí 10–17 MPa. Tie isté skafoldy mali vzdialenosť medzilamelamelárnych priestorov 10–30 µm, ktorých parametre sú vhodné pre nervové skafoldy. Biokompatibilita bola vyhodnotená pomocou Schwannových buniek in vitro, kde bola pozorovaná adhézia a rast v lamelárnom smere. Cytotoxické testy odhalili negatívny vplyv vyššej koncentrácie vápnika na prežitie Schwannových buniek. Pripravené skafoldy mali schopnosť tvorby apatitu na povrchu v podobe embryonálnych a nukleačných centier a apatitu samotného. Skafoldy na báze fosforečnanov vápenatých a oxidu titaničitého vykazovali sľubné regeneračné vlastnosti, konkrétne adhéziu a rast prostredníctvom pórovitej štruktúry a taktiež vynikajúce mechanické vlastnosti.
|
|
|
Porous-alumina-assisted formation of metal and metal-oxide nanostructures for use in advanced micro-devices
Kamnev, Kirill ; Mardare, Andrei Ionut (referee) ; Blanchar, Xavier Correig (referee) ; Mozalev, Alexander (advisor)
Anodizace kovů přes masku porézní anodické aluminy (PAA) je použita namísto nanoporézní anodizace nebo tradičních nanofabrikačních metod na výrobu nových nanostrukturovaných oxidů kovů se zdokonalenými parametry. Vylepšování vlastností oxidů ZrO2 a HfO2 nanostrukturováním vzbuzuje podstatný zájem kvůli aktivní komercionalizaci těchto oxidů kovů. Nanostrukturování ZrO2 a HfO2 anodizací je náročné kvůli včasné krystalizaci anodického oxidu a téměř nulovému transportnímu číslu kationtů. Tyto problémy jsou řešeny systematickým zkoumáním anodického chování dvouvrstev složených z tenké vrstvy Al nadeponované na vrstvě Zr nebo Hf. Po prvý krát je dosažen reprodukovatelný růst ZrO2 nanostruktur přes masku PAA, které plní póry PAA masky jenom částečně. Tyto vnořené ZrO2 nanostruktury se projevují zlepšeným dielektrickým výkonem v širokém rozsahu frekvencí s nízkými zbytkovými proudy a vysokými hodnotami průrazného napětí. Tyto vlastnosti z nich dělají atraktivní struktury pro použití v mokrých a hybridních elektrolytických kondenzátorech. Vrstvy s rovným povrchem, kompatibilní se standardními metodami nanofabrikace a obsahující ZrO2 nanostruktury kompletně plnící póry PAA masky, jsou syntetizovány kombinací anodizace přes masku PAA s částečným rozpuštěním PAA. Tyto vrstvy jsou použity v experimentálních MIM mikrokondenzátorech, které vykazují nízké zbytkové proudy, vysoké hodnoty průrazného napětí, vysoké hustoty energie, nízké hodnoty teplotního koeficientu kapacity a výbornou linearitu mezi kapacitou a napětím, což z nich dělá dokonalé kandidáty pro pasivní integraci zařízení na čipu. ZrO2 nanovrstvy připraveny anodizací přes masku PAA jsou, po prvý krát, schváleny k produkci osteogenních biokeramických povlaků. Tyto nanostrukturované biokeramické ZrO2 povlaky mohou modulovat interakce mezi buňkami a povrchem a zvyšovat mineralizaci osteoblastů 5 krát oproti rovné anodické ZrO2 vrstvě. Nanostrukturované HfO2 vrstvy připraveny anodizací přes masku PAA vykazují opakovatelné nízkovýkonové bipolární rezistivní spínání, což je dělá význačnými jako tuhé elektrolyty pro aplikace v memristorech. Anodizace Hf přes masku PAA v kombinaci s vhodnými chemickými modifikacemi povrchů je použita po prvý krát k vytvoření samouspořádaných nanostrukturovaných HfO2 povlaků, které jsou superhydrofóbní, odpuzují olej, jsou transparentní pro viditelné světlo a antireflexní, což je dělá velmi vhodnými pro pasivaci fotovoltaických zařízení.
|
|
|
Antibacterial properties of bioceramic materials
Achberger, Šimon ; Částková, Klára (referee) ; Salamon, David (advisor)
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.
|
|
|
Neural bioceramic scaffold prepared by freeze-casting
Vojníková, Michaela ; Pejchalová, Lucie (referee) ; Salamon, David (advisor)
Pre regeneráciu a rast poranených nervových vlákien bolo preskúmaných mnoho postupov, no výsledný rast axónov je často náhodný až dezorganizovaný a odráža sa na zložitejšom zotavovaní pacienta. V tejto práci boli vyrobené nové skafoldy s mikroštruktúrnymi a mechanickými vlastnosťami nervového skafoldu pomocou metódy freeze-casting. Konkrétne boli vyrobené biokeramické skafoldy na báze fosforečnanov vápenatých, oxidu titaničitého alebo oxidu zirkoničitého. Pomocou kontrolovaného rastu ľadu v jednom smere bola pripravená orientovaná mikroštruktúra. Pozorovanie pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie potvrdilo lineárne orientované póry (lamelárny systém), v ktorých priemerná veľkosť pórov klesala so zvyšujúcou sa rýchlosťou mrazenia. Skafoldy pripravené pomocou mrazenia v tekutom dusíku vykazovali vynikajúce mechanické vlastnosti, kde pevnosť v ohybe bola získaná v rozmedzí 10–17 MPa. Tie isté skafoldy mali vzdialenosť medzilamelamelárnych priestorov 10–30 µm, ktorých parametre sú vhodné pre nervové skafoldy. Biokompatibilita bola vyhodnotená pomocou Schwannových buniek in vitro, kde bola pozorovaná adhézia a rast v lamelárnom smere. Cytotoxické testy odhalili negatívny vplyv vyššej koncentrácie vápnika na prežitie Schwannových buniek. Pripravené skafoldy mali schopnosť tvorby apatitu na povrchu v podobe embryonálnych a nukleačných centier a apatitu samotného. Skafoldy na báze fosforečnanov vápenatých a oxidu titaničitého vykazovali sľubné regeneračné vlastnosti, konkrétne adhéziu a rast prostredníctvom pórovitej štruktúry a taktiež vynikajúce mechanické vlastnosti.
|
|
|
Fabrication of dental glass-ceramics
Hasalíková, Tereza ; Dlabajová, Lucie (referee) ; Bartoníčková, Eva (advisor)
This bachelor´s thesis deals with the study of glass-ceramic materials and their use in dentistry. Nowadays, studies are placed on health harmless of the material, the biological ability to adapt to the host tissue, mechanical properties, affordability, easy and fast production, aesthetics and quick recovery of the patient. The theoretical part of the work deals with various materials from various input materials used for dental substitutes. Special attention is paid to glass-ceramic and ceramic biomaterials, their preparation, heat treatment and health testing. The experimental part deals with the preparation of powder materials by the sol-gel method. Of the larger number of samples, those were selected for gelation and showed good XRD and heat microscopy results. The selected samples were subsequently subjected to heat treatment to form a glass ceramic material. The products were characterized by XRD phase composition in terms of phase temperature behavior by TG-DTA analysis, heat microscopy and SEM morphology analysis of prepared particle.
|
|
|
Silicon substituted calcium phosphate based bioceramic scaffolds
Karkuszová, Karina ; Šťastná, Eva (referee) ; Novotná, Lenka (advisor)
The theoretical part of this bachelor thesis summarizes the current state of knowledge of bioceramic materials based on calcium, phosphorus and silicon. More specifically, it focuses on calcium phosphates, the demands placed on them, the porosity of 3D foams, and biological properties such as biodegradation and bioactivity. 3D bioceramic calcium phosphate foam doped with silicon appears to be a suitable material for use in biomedical applications. It is the silicon that plays a role in the development of healthy bone and the formation of new tissue. Silicon substitutions are important in the field of investigation because they improve the bioassay of phosphate calcium. In the experimental part, calcium phosphate powders were first prepared by the hydroxyapatite and silica fusion reaction. Selected powder contents were 0; 0.1; 1, 2.5, 5, 10 and 20 wt.% SiO2. The samples were sintered at 1100 °C, 1200 °C and 1300 °C. The second part consisted in the preparation of 3D foams by direct penetration with polyurethane and the subsequent characteristics of phase composition, solubility and bioactivity. Bioceramic foams had a highly porous structure. For 42 days, sample behavior in Tris-HCl and simulated body fluid (SBF) was monitored. The results of the experiment have shown that the samples are bioactive and silicon substitution increases phosphate calcium solubility. Therefore, these materials are potentially useful for biomedical applications
|
guest ::
