|
|
Tailoring of phase composition and microstructure of calcium phosphate scaffolds applied in regenerative medicine.
Pejchalová, Lucie ; Novotná, Lenka (referee) ; Salamon, David (advisor)
Vápenaté fosforečnany jsou nejčastěji využívané keramické materiály v medicíně pro regeneraci kostní tkáně. Vápenaté fosforečnany jsou biokompatibilní, bioaktivní a mezi sebou se odlišují především rozpustností a související degradací v organismu, proto jsou nejčastěji využívány k regeneraci malých defektů nebo jako vrstvy na kovových implantátech. U již zmíněné rozpustnosti materiálu po implantaci, hraje důležitou roli poměr zastoupení jednotlivých vápenatých fosforečnanů, od kterého se pak odvíjí rychlost degradace materiálu v organismu. Tato práce se zabývá vlivem tvarovacích metod na mikrostrukturu a zejména fázové složení vápenatých fosforečnanů. Výchozím materiálem pro pozorování změn ve fázovém složení byl komerční hydroxyapatit, který byl upraven kalcinací při 800 °C po dobu jedné hodiny. Při kalcinaci došlo k vytvoření dvoufázové směsi, obsahující hydroxyapatit a -fosforečnan vápenatý. Tato dvoufázová směs byla poté využita pro přípravu suspenze s plněním 15 obj.%, a také k přímé přípravě polotovarů s různou výslednou mikrostrukturou a fázovým složením. S cílem zjistit vliv procesu byly v této práci porovnány vzorky připravené pomocí metod: freeze-casting, izostatické lisování za studena, uniaxiální lisování a suspenzní odlévání. U polotovarů a slinutých vzorků byla provedena charakterizace mikrostruktury a analýza fázového složení. V práci se potvrdil vliv tvarovací metody na oba stanovené parametry – mikrostrukturu a fázové složení. Nově pak bylo zjištěno, že se zvyšující se hodnotou porozity a velikostí pórů se zvyšuje i zastoupení hydroxyapatitu ve vzorcích. Tento trend byl pozorován u vzorků vykazujících unimodální i bimodální zastoupení velikosti pórů.
|
|
|
Manufacturing of calcium phosphates and silica based scaffolds for bioapllications
Virágová, Eliška ; Hadraba, Hynek (referee) ; Částková, Klára (advisor)
The aim of this diploma thesis was to prepare porous bioceramic scaffolds based on calcium phosphates and calcium phosphates doped with silica. Scaffolds are intended to be used in bone tissue engineering. Two main preparation methods were used for the creation of scaffolds – replica method and direct foaming method. Theoretical part of the diploma thesis is focused on a general description of the skeletal system, biomaterials and methods of preparation of highly porous calcium phosphate ceramics. Experimental part contains a description and the results of prepared scaffolds by above mentioned methods. The preparation process by the direct foaming method was optimized to obtain a defined structure. Calcium phosphate scaffolds containing 0–20 wt.% SiO2 were sintered and studied in terms of material characteristics (phase composition, pore size and porosity, microstructural study by scanning electron microscopy (SEM)), bioactive properties (simulated body fluid (SBF) interaction tests and tests of simulated degradation) and mechanical properties in order to evaluate the effect of silica doping. Scaffolds prepared by both methods were composed of a mixture of hydroxyapatite and/or tricalcium phosphate and cristobalite and wollastonite with comparable porosity in the range of 80–88 %. The pore size of the scaffolds prepared by the direct foaming method reached the interval of 5–250 µm opposite to template method reached the pore size up to 430 µm. The SBF interaction tests and tests of the simulated degradation confirmed the bioactive behavior of the prepared scaffolds and their ability to degrade under the simulated conditions. The scaffolds prepared by the direct foaming method showed better mechanical properties (compressive strength up to 1,8 MPa) than the scaffolds prepared by the template method. The results showed that the prepared scaffolds are suitable and promising for potential applications in bone tissue engineering.
|
|
|
Bioceramic Materials for Advanced Medical Applications
Novotná, Lenka ; Lapčík,, Lubomír (referee) ; Drdlíková, Katarina (referee) ; Cihlář, Jaroslav (advisor)
Cílem disertační práce bylo připravit trojrozměrné biokeramické podpůrné systémy („skafoldy“), které by v budoucnu mohly pomoci při rekonstrukci a regeneraci poškozených kostních tkání. Porézní keramické pěny byly připraveny dvěma způsoby – replikační technikou a polymerizací in situ. Co se složení týče, byly studovány keramické materiály zejména na bázi oxidu hlinitého, zirkoničitého a kalcium fosfátů. Byl studován jednak vliv procesních parametrů jako je složení suspenzí a jejich viskozit, dále pak vliv tepelného zpracování na strukturu a výsledné vlastnosti připravených materiálů. U slinutých pěn byla pomocí rastrovací elektronové mikroskopie hodnocena zejména morfologie – velikost pórů, jejich propojenost a celková porozita, charakterizace mikrostruktury nebyla opomenuta. Dále bylo stanoveno fázové složení a pevnost v tlaku. Z biologických vlastností byla testována a diskutována bioaktivita a cytotoxicita materiálů. Disertační práce je členěna do několika částí. V literární rešerši je popsána stavba a vlastnosti kosti, požadavky kladené na kostní náhrady, výhody a nevýhody současně používaných materiálů a způsoby přípravy keramických pěn. Následuje experimentální část, kde byly nejprve studovány pěny připravené replikační technikou. Všechny takto vyrobené pěny měly propojené póry o velikostech 300 až 2000 m, celková porozita se pohybovala v rozmezí 50 – 99 %. Pevnost pěn na bázi kalcium fosfátů – 0,3 MPa (při celkové porozitě 80%) byla nedostatečná pro kostní náhrady, kde je požadována pevnost větší než 2 MPa. Kalcium fosfátové keramiky byly tedy zpevněny buďto inertním jádrem na bázi oxidu hlinitého nebo ATZ (oxidem zirkoničitým zhouževnatělým oxidem hlinitým). Dále byl přípraven částicový kompozit, ve kterým byl hydroxyapatit pojený oxidem křemičitým. Pevnost pěn se podařilo zvýšit až na více než 20 MPa. V poslední kapitole experimentální části byly studovány keramické pěny pěněné in situ, kde byly póry vytvářeny oxidem uhličitým unikajícím během reakce mezi diisokyanátem a polyalkoholem. Po vypálení polymerního pojiva měly pěny propojené póry o průměrné velikosti 80 až 550 m. Celková porozita se pohybovala v rozmezí 76 – 99%. Výhodou oproti replikační technice byly plné trámečky bez velké středové dutiny vznikající vypálením polymerní předlohy. Žádný ze studovaných materiálů nebyl pro buňky toxický, navíc všechny studované pěny vykazovaly bioaktivní chování. Z hlediska kostního tkáňového inženýrství se jako nejslibnější jeví kompozitní materiál zpevněný oxidem křemičitým.
|
|
|
Study of bioceramic materials on the base of calcium phosphates
Kolář, Martin ; Maca, Karel (referee) ; Cihlář, Jaroslav (advisor)
The literature search on the topic of Bioceramic materials focused in layered materials based on calcium phosphates was written up. Based on knowledge obtained, experiments of preparation of calcium phosphates layered materials based on calcium phosphates by spin-coating method focused in optimalization of layer application conditions were designed and carried out. Experiments of preparation of hydroxyapatite bulk ceramics by uniaxial pressing followed by heat treatment were also performed. Prepared layered and bulk ceramics were characterized from bioactivity point of view by testing of their interaction with simulated body fluid.
|
|
|
Processing and properties of porous bioceramic materials
David, Jakub ; Ručková, Jana (referee) ; Novotná, Lenka (advisor)
Bachelor thesis is focused on the study of bioceramic porous materials. The theoretical part is divided into three parts. The first part describes biomaterials, their division and use in bone tissue engineering. The second part deals with the requirements of bioceramic support systems (scaffolds). The third section describes methods for the porous structures production. The effort of the practical part was to prepare by method of direct foaming bioceramic porous materials based on calcium phosphate. It studied mainly the affect of the suspension composition on the final properties of the synthesized material. Morphology of materials was also evaluated using scanning electron microscopy. Degradability of materials in simulated body fluid was tested in terms of biological properties.
|
|
|
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.
|
|
|
Manufacturing of calcium phosphates and silica based scaffolds for bioapllications
Virágová, Eliška ; Hadraba, Hynek (referee) ; Částková, Klára (advisor)
The aim of this diploma thesis was to prepare porous bioceramic scaffolds based on calcium phosphates and calcium phosphates doped with silica. Scaffolds are intended to be used in bone tissue engineering. Two main preparation methods were used for the creation of scaffolds – replica method and direct foaming method. Theoretical part of the diploma thesis is focused on a general description of the skeletal system, biomaterials and methods of preparation of highly porous calcium phosphate ceramics. Experimental part contains a description and the results of prepared scaffolds by above mentioned methods. The preparation process by the direct foaming method was optimized to obtain a defined structure. Calcium phosphate scaffolds containing 0–20 wt.% SiO2 were sintered and studied in terms of material characteristics (phase composition, pore size and porosity, microstructural study by scanning electron microscopy (SEM)), bioactive properties (simulated body fluid (SBF) interaction tests and tests of simulated degradation) and mechanical properties in order to evaluate the effect of silica doping. Scaffolds prepared by both methods were composed of a mixture of hydroxyapatite and/or tricalcium phosphate and cristobalite and wollastonite with comparable porosity in the range of 80–88 %. The pore size of the scaffolds prepared by the direct foaming method reached the interval of 5–250 µm opposite to template method reached the pore size up to 430 µm. The SBF interaction tests and tests of the simulated degradation confirmed the bioactive behavior of the prepared scaffolds and their ability to degrade under the simulated conditions. The scaffolds prepared by the direct foaming method showed better mechanical properties (compressive strength up to 1,8 MPa) than the scaffolds prepared by the template method. The results showed that the prepared scaffolds are suitable and promising for potential applications in bone tissue engineering.
|
|
|
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.
|
|
|
Tailoring of phase composition and microstructure of calcium phosphate scaffolds applied in regenerative medicine.
Pejchalová, Lucie ; Novotná, Lenka (referee) ; Salamon, David (advisor)
Vápenaté fosforečnany jsou nejčastěji využívané keramické materiály v medicíně pro regeneraci kostní tkáně. Vápenaté fosforečnany jsou biokompatibilní, bioaktivní a mezi sebou se odlišují především rozpustností a související degradací v organismu, proto jsou nejčastěji využívány k regeneraci malých defektů nebo jako vrstvy na kovových implantátech. U již zmíněné rozpustnosti materiálu po implantaci, hraje důležitou roli poměr zastoupení jednotlivých vápenatých fosforečnanů, od kterého se pak odvíjí rychlost degradace materiálu v organismu. Tato práce se zabývá vlivem tvarovacích metod na mikrostrukturu a zejména fázové složení vápenatých fosforečnanů. Výchozím materiálem pro pozorování změn ve fázovém složení byl komerční hydroxyapatit, který byl upraven kalcinací při 800 °C po dobu jedné hodiny. Při kalcinaci došlo k vytvoření dvoufázové směsi, obsahující hydroxyapatit a -fosforečnan vápenatý. Tato dvoufázová směs byla poté využita pro přípravu suspenze s plněním 15 obj.%, a také k přímé přípravě polotovarů s různou výslednou mikrostrukturou a fázovým složením. S cílem zjistit vliv procesu byly v této práci porovnány vzorky připravené pomocí metod: freeze-casting, izostatické lisování za studena, uniaxiální lisování a suspenzní odlévání. U polotovarů a slinutých vzorků byla provedena charakterizace mikrostruktury a analýza fázového složení. V práci se potvrdil vliv tvarovací metody na oba stanovené parametry – mikrostrukturu a fázové složení. Nově pak bylo zjištěno, že se zvyšující se hodnotou porozity a velikostí pórů se zvyšuje i zastoupení hydroxyapatitu ve vzorcích. Tento trend byl pozorován u vzorků vykazujících unimodální i bimodální zastoupení velikosti pórů.
|
|
|
Processing and properties of porous bioceramic materials
David, Jakub ; Ručková, Jana (referee) ; Novotná, Lenka (advisor)
Bachelor thesis is focused on the study of bioceramic porous materials. The theoretical part is divided into three parts. The first part describes biomaterials, their division and use in bone tissue engineering. The second part deals with the requirements of bioceramic support systems (scaffolds). The third section describes methods for the porous structures production. The effort of the practical part was to prepare by method of direct foaming bioceramic porous materials based on calcium phosphate. It studied mainly the affect of the suspension composition on the final properties of the synthesized material. Morphology of materials was also evaluated using scanning electron microscopy. Degradability of materials in simulated body fluid was tested in terms of biological properties.
|
guest ::
