|
|
Structure and properties of Hydroxyapatite-Magnesium composites produced by the means of current assisted infiltration sintering
Casas Luna, Mariano ; Obrtlík,, Karel (referee) ; Georgarakis, Konstantinos (referee) ; Čelko, Ladislav (advisor)
Hořčík a kompozity fosforečnanu vápenatého jsou slibnými materiály pro biodegradabilní a nosné implantáty určené pro regeneraci kostí. Předložená práce je zaměřena na návrh, zpracování a charakterizaci vnitřně propojených kompozitů hořčíku s fosforečnanem vápenatým (Mg/CaP). Fosforečnany vápenaté jako jsou hydroxyapatit (HA), kalcium-deficitní hydroxyapatit (CDHA) a fosforečnan vápenatý (TCP) byly syntetizovány a použity pro výrobu skafoldů s kontrolovanou porozitou pomocí metody robocastingu. Byly připraveny porézní předlisky s ortogonální mřížkou a s vnitřními makropóry o velikosti ~500 µm, které byly následně slinovány za teploty 1100 °C po dobu 5 hodin. Vnitřně propojené Mg/CaP kompozity byly připraveny infiltrací čistého hořčíku a hořčíkových slitin obsahujících malá množství vápníku nebo zinku, například 0,2 hm.% vápníku a 1 hm.% zinku do porézních keramických skafoldů. Infiltrace byla provedena pomocí námi vyvinuté a nově popsané metody známé jako “Proudem asistovaná slinovací infiltrace” (z angl. Current Assisted Metal Infiltration (CAMI)). CAMI metoda umožňuje do 15 minut infiltrovat porézní keramický předlisek roztaveným kovem. Pulzujícím elektrickým proudem bylo dosaženo rychlého tavení a následného tuhnutí Mg/CaP kompozitů. Fyzikálně-chemické vlastnosti finálních vnitřně propojených kompozitů byly stanoveny pomocí rastrovací elektronové mikroskopie, počítačové mikro-tomografie, rentgenové difrakční analýzy a optické mikroskopie za účelem stanovení fázové distribuce a interakce mezi materiály. Kromě toho byla u připravených kompozitů hodnocena jejich mechanická pevnost v tlaku, degradační rychlost pomocí různých metod a biokompatibilita spolu s pokusem o uvedení těchto typů materiálů jako potenciálních degradabilních biomateriálů určených pro výrobu desek a/nebo šroubů pro ortopedické aplikace.
|
|
| |
|
|
Biocomposite material for 3D print in the field of regenerative medicine
Chaloupková, Kateřina ; Obruča, Stanislav (referee) ; Přikryl, Radek (advisor)
The presented thesis deals with preparation of material for use in regenerative medicine based on poly(3-hydroxybutyrate) and its characterization. In addition to poly (3-hydroxybutyrate), there were used other materials lactic acid (PLA), tricalcium phosphate (TCP) and two types of plasticizers Citroflex®B-6 (CB6) and Syncroflex3114 (S3114). These materials were selected based on their biocompatibility and, in the case of TCP, also bioactivity. TCP allows new bone to grow on the surface of the scaffold. PLA was used to improve the mechanical properties of the material. Both plasticizers have been used to improve the processability of the material. Theoretical part of this work contains a literature review describing basic information about used materials. Aim of the experimental part is to prepare the material, characterization of properties and determination of printability on a 3D printer. The material is examined for thermal properties by thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. This work also deals with the matter of 3D printing, especially FDM technology. It has been found that materials containing the syncroflex plasticizer are better processed and therefore printed on a 3D printer. The printability tests performed are temperature towers and filling studies. Printed samples were subjected to mechanical tests of tensile and bending tests. Experiments of cytotoxicity and biocompatibility of the material were also performed. Within the work, TCP particles were characterized using a particle size analyzer. The average TCP particle size is 10,76 µm. Using SEM-EDX, the distribution of TCP in sample filaments was subsequently observed, where it was found that by mixing TCP particles with the remaining components of materials, TCP particles agglomerate into formations up to 20 µm in size. Roughness of materials was determined by confocal microscopy. Cytotoxicity was also tested in the extracts of samples on mouse fibroblasts. Cytotoxicity was determined by metabolic activity assay and light microscopy. The metabolic activity test proved the biocompatibility of the observed materials; therefore, it was possible to perform cell proliferation and biocompatibility tests directly on the samples. Assays were performed using human mesenchymal stem cells. DNA quantification was used to determine cell proliferation. Shape of cells was subsequently observed by confocal microscopy. Tests confirmed growth of cells and their appropriate shape. Stem cell differentiation into bone was performed by measuring alkaline phosphatase activity.
|
|
|
Optimization of antibacterial properties of polymer-phosphate bone fillers
Grézlová, Veronika ; Michlovská, Lenka (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Tato diplomová práce je zaměřená na přípravu polymer-fosfátových kostních cementů. Cílem je optimalizovat antibakteriální vlastnosti daného cementu přídavkem selenových nanočástic (SeNPs). V teoretické části práce je popsána charakteristika kosti, vlastnosti fosforečnanu vápenatého (TCP) a jeho polymorfů, použití kostního cementu a antibakteriálních nanočástic v medicíně. Experimentální část se věnuje přípravě vzorků, popisu metod a vyhodnocení vlivu SeNPs na vytvrzování kostního cementu, morfologii, krystalinitu, mechanické, reologické a antibakteriální vlastnosti. Výsledkem je zvýšení injektovatelnosti cementu a zrychlení jeho vytvrzování včetně pozitivního vlivu na mechanické vlastnosti. Antibakteriální vlastnosti vzorků byly testovány použitím diskové i diluční metody, což vedlo k pozitivnímu inhibičnímu účinku SeNP na grampozitivních bakteriích (G+), zejména Staphylococcus aureus a methicillin rezistentní Staphylococcus aureus. Kvantitativní uvolňování SeNP z modifikovaného kostního polymer-fosfátového cementu umožňuje jeho použití jako antibakteriální kostní výplně (například pro léčbu zánětu kostí).
|
|
|
Multi-phase porous bioceramics bone scaffolds based on calcium phosphates
Smiešková, Jana ; Šťastná, Eva (referee) ; Šťastný, Přemysl (advisor)
This bachelor thesis summarizes findings on subject: Multi-phase porous bioceramics bone scaffolds based on calcium phosphates. The thesis is divided into two parts. The first part is a literary recherche speaking on topic: Tricalcium-phosphate-based bioceramic materials and their interaction with the body of the recipient. The second part is experimental. It describes the preparation of mixed ceramics (mixture of hydroxyapatite (HA) and tricalcium phosphate (TCP)) and evaluation of their microstructure and changes of phase composition.
|
|
|
The effect of organic and inorganic additives on the chemico-physical properties of biopolymer substrates for tissue engineering
Kohoutek, Martin ; Muchová, Johana (referee) ; Brtníková, Jana (advisor)
Tato bakalářská práce se zabývá přípravou a charakterizací kompozitních kolagenových nosičů, s důrazem na jejich chemicko-fyzikální vlastnosti pro možné aplikace jak v tkáňovém inženýrství kostí, tak i kůže. V teoretické části jsou popsány vybrané komponenty pro přípravu tkáňových nosičů, které byly později použity k přípravě 3D porézních vzorků v experimentální části. Celkem byly připraveny čtyři typy kompozitních nosičů a jeden referenční typ z čistého kolagenu za použití techniky lyofilizace. Dva typy vzorků sestávaly z kombinace kolagenu a oxidované celulózy (OC) nebo kolagenu a karboxymethyl celulózy (CMC). Další dva typy byly založeny na stejné kombinaci jak předchozí dva typy (kolagen s deriváty celulózy) navíc s přídavkem biokeramiky na bázi hydroxyapatitu a fosforečnanu vápenatého. Mikrostruktura, porozita a velikost pórů byly vyhodnoceny pomocí skenovací elektronové mikroskopie. Nejvyšší porozity a velikosti pórů dosáhly referenční skafoldy s čistým kolagenem, další v pořadí pak byly kompozity kolagenu s OC a CMC. Nejnižší porozitu a velikost pórů měly skafoldy s biokeramikou, zejména pak ty obsahující i CMC. Při analýze botnání a enzymatické degradaci in vitro bylo zjištěno, že hydrofilita a úbytek hmotnosti vzorků v procesu degradace spolu korelují. Nosiče bez biokeramiky byly hydrofilnější a dosáhly větší ztráty hmotnosti než vzorky s biokeramikou. Čistý kolagen byl svými výsledky mezi těmito dvěma skupinami. Vzorky s CMC byly hydrofilnější a degradabilnější než jejich protějšky obsahující OC. Co se týká mechanických vlastností, skafoldy s biokeramikou dosáhly vyšší pevnosti v tlaku v mokrém stavu než skafoldy bez biokeramiky. Mechanické vlastnosti byly obecně lepší u vzorků se snižující se porozitou a hydrofilitou.
|
|
|
Development of photosensitive ceramic suspensions for 3D printing of porous bioscaffolds
Ravasová, Michaela ; Novotná, Lenka (referee) ; Částková, Klára (advisor)
The aim of the diploma thesis is the development of light-sensitive ceramic suspensions for the creation of porous bioscaffolds using 3D printing. The suspensions were based on aluminum oxide in the first phase and, in the second phase of the experimental part, on calcium phosphate. The theoretical part of the thesis focuses on describing human bone and the properties of bioscaffolds, providing an overview of biomaterials and methods for preparing porous bioceramics, along with a summary of previous results achieved by other scientific groups in the field. The experimental part describes the development of the suspensions. The influence of monomers, photoinitiators, dispersants, and ceramic powders on the properties of the suspensions and their photopolymerization ability was observed. By optimizing the suspensions, a suitable composition for 3D printing of scaffolds from aluminum oxide was achieved. The amount of dispersant and ceramic powder was determined based on rheological measurements, and the ratio of monomers and initiator content was adjusted according to gelation tests, where the dependence of resin polymerization on the illumination time was monitored. The suspensions were subsequently printed and sintered. The microstructure of the sintered bodies was characterized with a focus on defects specific to the debinding process. After creating a suspension suitable for 3D printing from aluminum oxide, the same procedure was applied to develop suspensions based on calcium phosphates. The outcome of the diploma thesis is a suspension based on aluminum oxide or tricalcium phosphate prepared from a mixture of di- and tetrafunctional acrylates in a weight ratio of 1:1, with 73-77 wt.% or 65 wt.% powder filling and 2 wt.% or 3 wt.% dispersant. The suspension is suitable for stereolithographic 3D printing of thin-walled bodies for biomedical applications.
|
|
|
Customized hybrid bioscaffolds for bone regeneration
Šťastný, Přemysl ; Šupová,, Monika (referee) ; Pabst, Willi (referee) ; Trunec, Martin (advisor)
Doktorská práce s názvem Individualizované hybridní podpůrné struktury pro regeneraci kostní tkáně je rozdělena do dvou částí. První část si klade za cíl ukázat vzájemný vztah mezi implantovaným materiálem a kostní tkání a současný stav poznání v oblasti vývoje matriálů na bázi fosforečnanů vápenatých a z nich vyráběných implantátů pro regeneraci kostní tkáně. Koncept individualizace a pečlivého výběru fázového složení implantátu představuje stěžejní body druhé části práce. Individualizace v této práci není chápána jako pouhé dosažení tvarové a rozměrové přesnosti implantátu. Velká pozornost byla věnována mikrostrukturním detailům, fázovému složení a distribuci jednotlivých fází, což umožňuje připravit specifický materiál na základě zamýšlené aplikace. Biologická odezva na připravené materiály byla vyhodnocena pomocí in-vitro a in-vivo testů. Doktorská práce ukazuje jak pochopení základních chemických a fyzikálních vlastností materiálu může pomoc při návrhu implantátu s vynikající biologickou odezvou. In-vivo aplikace navrženého materiálu a jeho srovnání s autograftním kostním štěpem, současným zlatým standardem, je jedinečným a cenným výstupem předložené práce.
|
|
|
Optimization of antibacterial properties of polymer-phosphate bone fillers
Grézlová, Veronika ; Michlovská, Lenka (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Tato diplomová práce je zaměřená na přípravu polymer-fosfátových kostních cementů. Cílem je optimalizovat antibakteriální vlastnosti daného cementu přídavkem selenových nanočástic (SeNPs). V teoretické části práce je popsána charakteristika kosti, vlastnosti fosforečnanu vápenatého (TCP) a jeho polymorfů, použití kostního cementu a antibakteriálních nanočástic v medicíně. Experimentální část se věnuje přípravě vzorků, popisu metod a vyhodnocení vlivu SeNPs na vytvrzování kostního cementu, morfologii, krystalinitu, mechanické, reologické a antibakteriální vlastnosti. Výsledkem je zvýšení injektovatelnosti cementu a zrychlení jeho vytvrzování včetně pozitivního vlivu na mechanické vlastnosti. Antibakteriální vlastnosti vzorků byly testovány použitím diskové i diluční metody, což vedlo k pozitivnímu inhibičnímu účinku SeNP na grampozitivních bakteriích (G+), zejména Staphylococcus aureus a methicillin rezistentní Staphylococcus aureus. Kvantitativní uvolňování SeNP z modifikovaného kostního polymer-fosfátového cementu umožňuje jeho použití jako antibakteriální kostní výplně (například pro léčbu zánětu kostí).
|
|
|
Structure and properties of Hydroxyapatite-Magnesium composites produced by the means of current assisted infiltration sintering
Casas Luna, Mariano ; Obrtlík,, Karel (referee) ; Georgarakis, Konstantinos (referee) ; Čelko, Ladislav (advisor)
Hořčík a kompozity fosforečnanu vápenatého jsou slibnými materiály pro biodegradabilní a nosné implantáty určené pro regeneraci kostí. Předložená práce je zaměřena na návrh, zpracování a charakterizaci vnitřně propojených kompozitů hořčíku s fosforečnanem vápenatým (Mg/CaP). Fosforečnany vápenaté jako jsou hydroxyapatit (HA), kalcium-deficitní hydroxyapatit (CDHA) a fosforečnan vápenatý (TCP) byly syntetizovány a použity pro výrobu skafoldů s kontrolovanou porozitou pomocí metody robocastingu. Byly připraveny porézní předlisky s ortogonální mřížkou a s vnitřními makropóry o velikosti ~500 µm, které byly následně slinovány za teploty 1100 °C po dobu 5 hodin. Vnitřně propojené Mg/CaP kompozity byly připraveny infiltrací čistého hořčíku a hořčíkových slitin obsahujících malá množství vápníku nebo zinku, například 0,2 hm.% vápníku a 1 hm.% zinku do porézních keramických skafoldů. Infiltrace byla provedena pomocí námi vyvinuté a nově popsané metody známé jako “Proudem asistovaná slinovací infiltrace” (z angl. Current Assisted Metal Infiltration (CAMI)). CAMI metoda umožňuje do 15 minut infiltrovat porézní keramický předlisek roztaveným kovem. Pulzujícím elektrickým proudem bylo dosaženo rychlého tavení a následného tuhnutí Mg/CaP kompozitů. Fyzikálně-chemické vlastnosti finálních vnitřně propojených kompozitů byly stanoveny pomocí rastrovací elektronové mikroskopie, počítačové mikro-tomografie, rentgenové difrakční analýzy a optické mikroskopie za účelem stanovení fázové distribuce a interakce mezi materiály. Kromě toho byla u připravených kompozitů hodnocena jejich mechanická pevnost v tlaku, degradační rychlost pomocí různých metod a biokompatibilita spolu s pokusem o uvedení těchto typů materiálů jako potenciálních degradabilních biomateriálů určených pro výrobu desek a/nebo šroubů pro ortopedické aplikace.
|
guest ::
