|
|
Structure and properties of Hydroxyapatite-Magnesium composites produced by the means of current assisted infiltration sintering
Casas Luna, Mariano ; Obrtlík,, Karel (oponent) ; Georgarakis, Konstantinos (oponent) ; Čelko, Ladislav (vedoucí práce)
Magnesium and calcium phosphate composites are promising materials to create biodegradable and load-bearing implants for bone regeneration. The present work is focused on the design, processing and characterization of interpenetrated magnesium / calcium phosphate (Mg/CaP) composites. Calcium phosphates such as, hydroxyapatite (HA), calcium-deficient HA (CDHA) and tricalcium phosphate (TCP) were synthetized and used for the production of controlled porous scaffolds by means of robocasting technique. The final porous preforms with an orthogonal grid arrangement and internal macro-pores of ~500 µm were obtained and sintered at 1100 C for 5 h. The Mg/CaP interpenetrated composites were obtained by infiltrating the porous ceramic scaffolds with pure Mg and Mg alloys containing low amounts of calcium or zinc, i.e. Mg – 0.2 wt.% Ca and Mg – 1 wt.% Zn. The infiltration was carried out using a here-developed and recently introduced technique referred to as Current-Assisted Metal Infiltration (CAMI). The CAMI methodology allowed the infiltration of porous ceramic preforms with a molten metal in less than 15 minutes. Fast melting and final solidification of the Mg/CaP composites was achieved with the assistance of pulsed electrical current. The final interpenetrated composites were physicochemically characterized by means of scanning electron microscopy, X-ray computed micro-tomography, X ray diffraction and optical microscopy in order to determine the phase distribution and the interaction between the materials. In addition, the mechanical resistance under compression, the degradation rate by different techniques, and the biocompatibility of the produced composites were evaluated in an attempt to introduce these types of materials as potential degradable biomaterials for use in the manufacturing of plates and/or screws for orthopaedics.
|
|
| |
|
|
Biokompozitní materiál pro 3D tisk v regenerativní medicíně
Chaloupková, Kateřina ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Předkládaná práce se věnuje přípravě materiálu k využití v regenerativní medicíně na bázi poly(3-hydroxybutyrátu) a jeho následnou charakterizací. Kromě poly(3-hydroxybutyrátu) byly použity materiály kyselina polymléčná (PLA), trikalcium fosfát (TCP) a dva druhy změkčovadel Citroflex®B-6 (CB6) a Syncroflex3114 (S3114). Tyto materiály byly vybrány na základě jejich biokompatibility a v případě TCP i bioaktivity. TCP umožňuje růst nové kostní tkáně na povrchu scaffoldu. PLA byla použita za účelem zlepšení mechanických vlastností materiálu. Obě změkčovadla byla využita ke zlepšení zpracovatelnosti materiálu. Obsahem teoretické části práce je literární rešerše obsahující základní informace o použitých materiálech. Cílem experimentální části práce je samotná příprava materiálu, charakterizace vlastností a stanovení tisknutelnosti na 3D tiskárně. Studovány byly termické vlastnosti materiálu, a to termogravimetrickou analýzou a diferenciální kompenzační kalorimetrií. Práce se též zabývá problematikou 3D tisku a to především FDM technologií, tedy modelováním depozicí taveniny. Bylo zjištěno, že se materiály obsahující změkčovadlo syncroflex lépe zpracovávají, a tedy i tisknou na 3D tiskárně. Provedenými testy tisknutelnosti jsou teplotní věže a plnící studie. Vytisknuté vzorky byly podrobeny mechanickým analýzám: tahové a ohybové zkoušce. V rámci práce byly charakterizovány TCP částice pomocí analyzátoru velikosti částic. Průměrná velikost TCP částic je 10,76 µm. Pomocí SEM-EDX byla následně pozorována distribuce TCP ve filamentech vzorků, kde bylo zjištěno, že smísením částic TCP se zbylými komponenty materiálů dochází k aglomeraci TCP částic do útvarů velkých až 20 µm. Konfokální mikroskopií byla stanovena drsnost materiálů. V rámci práce byla též zjištěna cytotoxicita na výluzích vzorků na myších fibroblastech. Cytotoxicita byla zjišťována testem metabolické aktivity a pomocí světelné mikroskopie. Test metabolické aktivity dokázal biokompatibilitu pozorovaných materiálů, proto bylo možné provést testy buněčné proliferace a biokompatibility přímo na vzorcích. Testy byly provedeny s využitím lidských mezenchymálních kmenových buněk. Pro zjištění buněčné proliferace byla využita DNA kvantifikace. Tvar buněk byl následně pozorován konfokální mikroskopií. Testy potvrdily růst buněk a jejich vhodný tvar. Diferenciace kmenových buněk na kostní byla provedena měřením aktivity alkalické fosfatázy (ALP).
|
|
|
Optimization of antibacterial properties of polymer-phosphate bone fillers
Grézlová, Veronika ; Michlovská, Lenka (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
Proposed diploma thesis is focused on the preparation of polymer-phosphate bone cement. The aim is to optimize antibacterial properties of the cement by adding selenium nanoparticles (SeNPs). The theoretical part describes the characteristics of bone, properties od tricalcium phosphate (TCP) and its polymorphs, the use of bone cement and antibacterial nanoparticles in medicine. The experimental part deals with the preparation of samples, description of the used methods and evaluation of the effect of SeNPs on the bone cement setting reaction, morphology, crystallinity, mechanical, rheological and antibacterial properties. As a result, SeNPs improved bone cement injectability and increased setting reaction with the positive effect on cement mechanical properties. Antibacterial properties of samples were tested using both disk and dilution method resulting in the positive inhibition effect of SeNPs on gram-positive bacteria (G+), especially Staphylococcus aureus and Methicillin-resistant Staphylococcus aureus. The quantitative SeNPs release from modified polymer-phosphate bone cement enable its use as antibacterial bone filler (e.g. for osteomyelitis treating).
|
|
|
Vícefázové biokeramické porézní náhrady kostní tkáně na bázi fosforečnanů vápenatých
Smiešková, Jana ; Šťastná, Eva (oponent) ; Šťastný, Přemysl (vedoucí práce)
Bakalářská práce se zabývá shrnutím poznatků na téma: Vícefázové biokeramické porézní náhrady kostní tkáně na bázi fosforečnanů vápenatých. Práce je členěna do dvou částí. První část představuje literární rešerši, která se zabývá biokeramickými materiály na bázi fosforečnanů vápenatých a jejich interakcí s tělem příjemce. Druhá část je experimentální. Popisuje přípravu směsných keramik (jedná se o směsi hydroxyapatitu (HA) a fosforečnanu vápenatého (TCP)) a vyhodnocení jejich mikrostruktury a změn fázového složení.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Optimization of antibacterial properties of polymer-phosphate bone fillers
Grézlová, Veronika ; Michlovská, Lenka (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
Proposed diploma thesis is focused on the preparation of polymer-phosphate bone cement. The aim is to optimize antibacterial properties of the cement by adding selenium nanoparticles (SeNPs). The theoretical part describes the characteristics of bone, properties od tricalcium phosphate (TCP) and its polymorphs, the use of bone cement and antibacterial nanoparticles in medicine. The experimental part deals with the preparation of samples, description of the used methods and evaluation of the effect of SeNPs on the bone cement setting reaction, morphology, crystallinity, mechanical, rheological and antibacterial properties. As a result, SeNPs improved bone cement injectability and increased setting reaction with the positive effect on cement mechanical properties. Antibacterial properties of samples were tested using both disk and dilution method resulting in the positive inhibition effect of SeNPs on gram-positive bacteria (G+), especially Staphylococcus aureus and Methicillin-resistant Staphylococcus aureus. The quantitative SeNPs release from modified polymer-phosphate bone cement enable its use as antibacterial bone filler (e.g. for osteomyelitis treating).
|
|
|
Structure and properties of Hydroxyapatite-Magnesium composites produced by the means of current assisted infiltration sintering
Casas Luna, Mariano ; Obrtlík,, Karel (oponent) ; Georgarakis, Konstantinos (oponent) ; Čelko, Ladislav (vedoucí práce)
Magnesium and calcium phosphate composites are promising materials to create biodegradable and load-bearing implants for bone regeneration. The present work is focused on the design, processing and characterization of interpenetrated magnesium / calcium phosphate (Mg/CaP) composites. Calcium phosphates such as, hydroxyapatite (HA), calcium-deficient HA (CDHA) and tricalcium phosphate (TCP) were synthetized and used for the production of controlled porous scaffolds by means of robocasting technique. The final porous preforms with an orthogonal grid arrangement and internal macro-pores of ~500 µm were obtained and sintered at 1100 C for 5 h. The Mg/CaP interpenetrated composites were obtained by infiltrating the porous ceramic scaffolds with pure Mg and Mg alloys containing low amounts of calcium or zinc, i.e. Mg – 0.2 wt.% Ca and Mg – 1 wt.% Zn. The infiltration was carried out using a here-developed and recently introduced technique referred to as Current-Assisted Metal Infiltration (CAMI). The CAMI methodology allowed the infiltration of porous ceramic preforms with a molten metal in less than 15 minutes. Fast melting and final solidification of the Mg/CaP composites was achieved with the assistance of pulsed electrical current. The final interpenetrated composites were physicochemically characterized by means of scanning electron microscopy, X-ray computed micro-tomography, X ray diffraction and optical microscopy in order to determine the phase distribution and the interaction between the materials. In addition, the mechanical resistance under compression, the degradation rate by different techniques, and the biocompatibility of the produced composites were evaluated in an attempt to introduce these types of materials as potential degradable biomaterials for use in the manufacturing of plates and/or screws for orthopaedics.
|
host ::
RSS.