Charakterizace užitných vlastností tenkých vrstev a zhodnocení jejich chování při kontaktu s biologickým materiálem

Bc. Kristýna Kůtková

Master's thesis

The Characterization of utility properties of thin layers and evaluation of their behavior in contact with biological materiál

Abstract:

Tenké vrstvy, které přichází do kontaktu s buněčným materiálem, musí splňovat mnoho požadavků a zejména nesmí ohrožovat živý organismus. V průběhu řešení diplomové práce jsou hodnoceny různé typy tenkých vrstev se zastoupením prvků Ti, Zr, Cu a C za účelem vybrat vhodnou modifikaci povrchu s přijatelnými mechanickými a fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Cílená modifikace povrchu tenkými vrstvy zajistí eliminaci vzniku zánětu nebo zamezí negativní reakci těla na cizí těleso (implantát). Zároveň je snaha najít vhodnou modifikaci povrchu s antibakteriálními vlastnostmi, který může být vhodný pro medicinské aplikace. Zkoumané tenké vrstvy jsou nanášeny vakuovými metodami a následně jsou podrobeny hodnocení adheze, nanotvrdosti, třecích vlastností nebo například zvýšení/snížení proliferace buněk na jejich povrchu. Struktura a homogenita připravených vrstev je hodnocena pomocí rastrovací, konfokální mikroskopie či mikroskopie atomárních sil. Odolnost tenkých vrstev vůči otěru a charakterizace jejich kluzných vlastností je provedena na tribometru z firmy Anton Paar. Sledovanou bakteriální populací je kmen Escherichia Coli nebo Micrococcus Luteus. Cílem práce je nalézt tenkou vrstvu, která nebude vyvolávat nežádoucí odezvu organismu a bude odolávat mechanickým a fyzikálně-chemickým vlivům, a tudíž by mohla být vhodná i pro následné použití pro biomedicinské aplikace.

Abstract:

Thin layers, which come in contact with cellular material, have to fulfill many requirements and especially must not endanger live organisms. Different thin layers with the representation of Ti, Zr, Cu and C, are evaluated to find suitable surface modification with suitable mechanical and physical-chemical traits. Targeted modification of the surface with thin layers ensures elimination of inflammation formation or eliminating negative body reactions to foreign objects (implant). Simultaneously there is an effort to find an appropriate surface modification with antibacterial features which can be suitable for medical devices. Researched thin layers are applied by vacuum methods and then subjected to evaluation of adhesion, nanohardness, friction features or for example high/low cell proliferation on their surface. The structure and homogeneity of prepared layers are evaluated by scanning, confocal microscopy or atomic force microscopy. The durability of thin layers to abrasion and characterization of their sliding features are done with an Anton Paar tribometer. The tracked bacterial populations are Escherichia Coli or Micrococcus Luteus. The thesis's target is finding an appropriate layer, which can not cause any unwanted organism feedback, resist mechanical and physical-chemical influences, and therefore could be suitable even for subsequent usage in biomedical applications.

Keywords

tenké vrstvy, mechanické a tribologické vlastnosti, opotřebení, biokompatibilita

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 7. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Totka Bakalova, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Health Studies

Master programme / field:
Biomedical engineering / Biomedical Engineering