|
|
Preparation and characterization of nanostructured resorbable substitutes for accelerated skin healing
Kacvinská, Katarína ; Muchová, Johana (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Spolu s narastajúcimi nárokmi na kvalitu liečby v oblasti popálenin a plastickej chirurgie existuje možnosť ako uplatniť nové technologické riešenie na liečbu porúch s celkovou stratou kožnej vrstvy. Diplomová práca sa zaoberá prípravou nanoštrukturovaného, dvojvrstvového skafoldu pre využitie v tkánivovom inžinierstve, ktorý nahrádza kožnú časť dermis (dolná porézna vrstva) a bazálnu membránu (horná a tenká nanovlákenná vrstva). Zákaldom dolnej pórovitej vrstvy je kolagén, charakterizovaný v prítomnosti ďalších polysacharidových aditív: chitosan, vápenatá soľ oxidovanej celulózy (CaOC), sodná soľ karboxymetylcelulózy (NaCMC). Zároveň prídavok dopamínu a fibroblastového rastového faktoru (FGF), s cieľom zlepšiť biomechanické vlastnosti, regulovať a podporovať hojenie kože. Tenká nanovlákenná vrstva je zložená zo želatíny, polycaprolaktónu (PCL) a CaOC. Sú navrhnuté dva rôzne mechnizmy prípravy skafoldu, ktoré sa odlišujú sa v prítomnosti sieťovaných a nesieťovaných nanovláken. Skafoldy boli charakterizované z hľadiska biomechanických, štruktúrnych vlastností a in vitro. Vrchná nanovlákenná vrstva poskytuje mechanickú podporu, ktorá je výrazne zvýšená prítomnosťou polydopamínu (PDA). Test botnania poréznej vrstvy skafoldu ukázal na dostatočne veľké póry, umožňujúce filtráciu buniek. Táto botnatosť bola znížená v prítomnosti PDA, ktorý má zároveň významný vplyv na časové predĺženie degrádácie v prítomnosti kolagenázy a lyzozýmu. Spolu s FGF výrazne podporil proliferizáciu a životaschopnosť myších fibroblastov. Nanoštrukturovaný, dvojvrstvový skafold má potenciál pre budúce aplikácie pri hojení rán, kedže sa vyznačuje dobrými mechanickými vlastnosťami a umožňuje bunkám adherovať, proliferovať a formovať extra celulárny matrix.
|
|
|
Ceramic materials applied in medicine - challenges and opportunities
Vitásek, Ladislav ; Sláma, Martin (referee) ; Novotná, Lenka (advisor)
This thesis deals with ceramic materials applied in medicine, mainly in orthopaedics and dentistry. The first part is focused on requirements and current state of biomaterials in bone tissue engineering and their advantages and disadvantages. Composite materials, where ceramic material is one component at least, are mentioned in the next part. Dense ceramics based on alumina and toughened zirconia is described in the separate part. The main part of this thesis deals with porous ceramic materials based on calcium phosphates. There are also defined scaffolds requirements such as porosity, mechanical and biological properties and moreover processing methods. The experimental part of this thesis has been devoted to the preparation of bioactive porous ceramic material based on hydroxyapatite and silica with improved properties. Samples with different amount of silica in structure (6-21 wt%) were fabricated by polymer replica technique. Prepared scaffolds with structure similar to cancellous bone can be promising candidates for using in bone tissue engineering applications.
|
|
|
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.
|
|
|
Residence Erasmus - preparation, implementation and project management
Dokoupil, Jan ; Brno,, Alexander Lazar, IMOS (referee) ; Hrazdil, Václav (advisor)
This diploma thesis deals with the construction of a residential building The Erasmus Residence. This work includes a technical report of the issue solved, construction site installations of three phases of construction, which are groundwork, rough top construction and finishing. The work includes drawings of construction site installations for all these stages. The thesis also includes technological specification for thermal insulation systems including scaffolding construction, timing of construction, inspection and quality test plan and itemized budget.
|
|
|
The effect of biologicaly active substances on the structure and properties of collagenous substrates
Muchová, Johana ; Michlovská, Lenka (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Diplomová práce se zabývá přípravou 3D porézních kolagenových skafoldů metodou lyofilizace a jejich modifikací bioaktivními látkami. K modifikaci byly použity přírodní polysacharidy – chitosan, vápenatá oxidovaná celulóza a chitin/chitosan-glukanový komplex. Mechanické vlastnosti skafoldů byly upraveny síťováním pomocí karbodiimidů. Růstové faktory byly dodány formou destičkového lyzátu. Byl zkoumán vliv biologicky aktivních aditiv, siťovacího činidla a obohacení růstovými faktory na vlastnosti připravených skaffoldů a jejich bioaktivitu v tkáních živých organismů. Konkrétně byly studovány morfologické vlastnosti, struktura, porozita, botnání, stabilita, chemické složení, teplota denaturace a biologické vlastnosti. K charakterizaci byly použity metody rastrovací elektronová mikroskopie, infračervená spektroskopie, diferenční kompenzační kalorimetrie a konfokální mikroskop. Připravené kolagenové substráty obohaceny bioaktivním aditivem a destičkovým lyzátem mohou být využity v biomedicíně jako skafoldy pro růst buněk v systémech s nízkou mechanickou zátěží.
|
|
|
Effect of 3D printing technology on the properties of model femur segment
Nečas, Aleš ; Svatík, Juraj (referee) ; Jančář, Josef (advisor)
This bachelor thesis deals with the development of a biodegradable 3D anatomical model of the femur segment and the influence of 3D printing technology on tensile strength and tensile modulus of elasticity of 3D standardized tensile test bodies (ASTM_D_638_IV) made from PLA, nylon, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), acrylonitrile styrene acrylate (ASA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate glycol (PETG), and resin. For each material, bodies with body thickness of 1 mm, 2 mm, and 3 mm were 3D printed. Next, a PLA simplified femur segment model was created to determine the most suitable layer thickness for body printing in terms of its compressive strength and compressive modulus of elasticity. The thickness of the printed layer of 0.1 mm was chosen as the mechanically most suitable and was subsequently used in the production of a PLA anatomical model of the femur segment which was 3D printed in 3 variants differing in the density of the filling of the internal structures in the area of compact and cancellous bone tissue of real bone. Then, the compressive strength of these models was determined and compared. The PLA anatomical model of the femur segment was developed according to CT images of real bone with the purpose of its potential use in medicine as a bone tissue replacement in large femoral defects. However, before it can be used in medicine, further research is needed.
|
|
|
Optimization of poly(3-hydroxybutyrate) based biocomposite with respect to its printability and mechanical properties
Chaloupková, Kateřina ; Obruča, Stanislav (referee) ; Přikryl, Radek (advisor)
The presented theses deals with preparation and optimalization of biocompatible material based on poly(3-hydroxybutyrate). Other components of prepared samples are polylactid acid, hydroxyapatite and commercially available plasticizer Syncroflex3114. These components were chosen based on their biocompatibility and properties that can be possibly used in tissue engineering. Theoretical part of this theses contains general overview of bone tissue and review of materials used in bone tissue regeneration. Part of this thesis also deals with the problematics of scaffolds. Aim of the experimental part is a planned experiment, which is used to optimize the mixture with respect to printability and mechanical properties. The first step is the preparation of samples based on the proposed conditions and their subsequent processing into a filament with an exact diameter of 1,75 mm for 3D printing using the fused deposition modeling method. From the prepared filaments, test specimens were printed for the following experiments: temperature tower, warping coefficient measurement, bending and pressure test. Data from these experiments were processed using a mathematical model in the form of graphs and equations which show the effect of material components on the measured quantity. It was found that the amount of plasticizer in the sample affects the properties the most. This effect is negative in all cases and worsens the properties of the material. The result of the planned experiment is also a mixture optimized for the best possible printability and mechanical properties (bending modulus 3,3 GPa and pressure modulus 2,3 GPa). With regard to the potential application of the material in bone tissue engineering, the first accelerated biodegradation screening tests were performed for selected samples. The results of accelerated degradation tests are ambiguous and further optimization is needed. Simultaneously with the diploma thesis, biological testing of scaffolds printed on a 3D printer from prepared samples took place. All tested samples were found to be biocompatible.
|
|
|
3D Printing of Ceramic Bone Grafts with Different Internal Architecture
Novotná, Lenka ; Sekora, Jiří (referee) ; Provazník, Ivo (advisor)
Bioceramics in the form of scaffolds hold great promise in bone tissue regeneration. While the scaffold composition is important for biocompatibility, the internal architecture plays a key role in allowing proper cell penetration, nutrient diffusion, bone ingrowth, vascularization as well as mechanical properties. A solid freeform fabrication is a promising processing technique, allowing to study structural parameters independently. This bachelor thesis is focused on ceramic bone replacements with different internal structure. The thesis is divided into 8 chapters. The first four chapters briefly summarize the current state of the art in the following fields: bone structure, requirements for synthetic bone replacements, scaffold architecture, and fabrication methods with an emphasis on 3D printing. The next chapters deal with experimental part. The image analysis of mouse skeleton was performed. On the basis of the measured pore size (50 200 m) and according to the literature search, 16 structures with various shape, curvature and pore size were designed. The CAD models were printed by a stereolithography from a tricalcium phosphate dispersion. Sintered ceramic scaffolds exhibited an ideal structure for application in bone tissue engineering. Scaffolds contained both interconnected macro- and micropores of optimal sizes up to 500 m and about 3 m, respectively. The results confirm that stereolithography is suitable, and compared to others, precise method for preparing scaffolds having different internal structures. The individual structural characteristics influencing the scaffold behaviour will be possible to study independently to each other. And thus improve the scientific knowledge in the field of treatment of large segmental bone defects.
|
|
|
Effect of bioceramic additives on morphology, physical and biological properties of collagen scaffolds for bone tissue engineering
Klieštiková, Nikola ; Poláček, Petr (referee) ; Brtníková, Jana (advisor)
Diplomová práce se zabývá přípravou trojrozměrných porézních kolagenových kompozitních nosičů pro tkáňové inženýrství kostí a studiem vlivu přídavku biokeramických částic na morfologické, biomechanické a biologické vlastnosti. Teoretická část popisuje biomateriály a biokeramické částice používané pro nosiče v tkáňové inženýrství kostí a jejich metody výroby. Pokud jde o experimentální část, byly vzorky připraveny metodou lyofilizace. Testovaným materiálem byl kolagen typu I z prasečího a hovězího zdroje, který byl kombinován s hydroxyapatitem a směsí -fosforečnanu vápenatého s -fosforečnanem vápenatým v poměrech 1 : 1, 1 : 2 a 2 : 1. Byl hodnocen vliv rozpustnosti a velikosti částic na morfologii, mechaniku a biokompatibilitu nosičů. Přidání biokeramických částic změnilo morfologii vzorků. Velikost pórů se snížila, zatímco pórovitost byla ve všech testovaných vzorcích téměř stejná. Biokeramické částice také způsobily, že kolagenová matrice nosičů byla méně hydrofilní, a navíc dokázaly stabilizovat nosiče proti působení enzymatické degradace. Biomechanické vlastnosti vzorků byly testovány v suchém i mokrém stavu. V suchém stavu dosáhl nejvyšší pevnosti v tlaku čistý bovinní kolagenový nosič, naopak v hydratovaném stavu, dosáhly nejvyšší hodnoty vzorky obsahující biokeramické částice. Žádný ze vzorků nebyl cytotoxický a nejvhodnější prostředí pro buněčnou adhezi a proliferaci bylo v čistém bovinním kolagenovém nosiči a také v kolagenovém kompozitním nosiči s poměrem HAp : -TCP : 1 : 1.
|
|
|
The effect of salts on the hydrolytic stability of biopolymer carriers with antibacterial substances
Tertinská, Martina ; Brtníková, Jana (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Táto diplomová práca sa zaoberá vplyvom soli na stabilitu biopolymérnych nosičov z proteínu a polysacharidu. Teoretická časť sa zaoberá biomateriálmi a materiálmi na prípravu vzoriek a taktiež sa zaoberá momentálnou situáciou liečby infikovaných rán rôznymi materiálmi. V experimentálnej časti boli pripravené nosiče v dvoch rôznych pufroch, s rôznymi koncentráciami chloridu sodného v snahe stabilizovať bioaktívne proteíny, peptidy alebo enzýmy, všeobecne používané a vkladané do nosičov. Boli sledované vlastnosti ako hydrolytická stabilita, botnanie a vplyv rôznych koncentrácii soli na stabilitu vzorku. Keď bola stanovená vhodná koncentrácia soli, do vzoriek bol pridaný antibakteriálny enzým a bolo sledované jeho uvoľňovanie. Zatiaľ čo pri nesieťovaných vzorkách boli sledované významné rozdiely v hydrolytickej stabilite a uvoľňovaní pre vzorky so soľou a bez nej, pri sieťovaných vzorkách boli tieto rozdiely zanedbateľné. Vo všetkých prípadoch sa však enzým uvoľnený zo vzoriek uvoľňoval podľa kinetiky prvého rádu, ktorá závisí na koncentrácii. Na základe výsledkov z difúznych testov robených na rôznych kmeňoch Zlatého stafylokoka bola pre túto prácu vybraná koncentrácia lyzostafínu 325 mg/ml. Pripravené nosiče s antibakteriálnymi enzýmami by mohli byť používané ako kryty rán s krátkodobým alebo dlhodobým uvoľňovaním na rany infikované Zlatým stafylokokom alebo methycilín rezistentným Zlatým stafylokokom (MRSA).
|
guest ::
