Posouzení vhodnosti uhlíkové nanostruktury pro kolonizaci bakteriální populací

Bc. Adéla Coufalová

Bachelor's thesis

Examination of carbon nanostructure for the colonization of bacterial population

Abstract:

Tato bakalářská práce se zabývá hodnocením tenkých vrstev TiCN nanesených na chirurgické oceli AISI 316. Vzorky byly připraveny v Centrální laboratoři aplikované fyziky na Bulharské akademii věd v Plovdivu, za použití metody PVD napařování elektrickým obloukem. Každá z osmi vrstev měla rozdílné podmínky depozice. Při depozici byl měněn poměr plynů, napětí, proud i doba depozice. Bakalářská práce se skládá ze dvou na sebe navazujících částí. V první části jsou vyhodnoceny fyzikálně-chemické vlastnosti jednotlivých TiCN tenkých vrstev. Byly studovány vlastnosti, které mají vliv na přilnutí biologického materiálu na povrch studovaných vzorků (chemické složení, drsnost a hydrofilita). Dále byla studována chemická stálost, tloušťka vrstvy a adheze vrstvy k substrátu z důvodu potencionálního využití vzorků v medicínských aplikacích. Druhá část této bakalářské práce je věnována vyhodnocení biologické interakce bakteriálního kmene Escherichia coli s povrchem studovaných vzorků. Byla především sledována ochota mikroorganismů kolonizovat jednotlivé vzorky. Cílem bakalářské práce bylo určit, které z vlastností TiCN povrchů mají nejvýraznější vliv na adhezi mikroorganismů. Dále byla hledána spojitost mezi takovými vlastnostmi povrchu a parametry při nanášení vrstvy. Vzorky, které byly vyhodnoceny jako nejvhodnější pro kolonizaci bakteriální populací, byly na závěr diskutovány z hlediska chemické stálosti, tloušťky vrstvy a adheze vrstvy k substrátu. Výrazný vliv na tvorbu biofilmu z hlediska fyzikálně-chemických parametrů měla hydrofobicita povrchu. Čím více byl vzorek hydrofobní, tím více bakterií se na jeho povrchu přichytilo. Vliv na tvorbu biofilmu měla také plošná drsnost povrchu.

Abstract:

The subject of this bachelor thesis is classification of TiCN thin layers deposited on top of a surgical steel AISI 316. Samples were prepared in Central Laboratory of Applied Physics at Bulgarian Academy of Science in Plovdiv using PVD method of steaming by electric arc. Each of the eight thin layers had different deposition conditions. During the deposition the ratio of gasses as well as voltage, current and deposition times were altered. Bachelor thesis consists of two related parts. In the first part the physical and chemical properties of particular layers are studied. The properties which have an impact on attachment of biological material on top of the studied samples were evaluated (chemical composition, roughness and hydrophilic properties). Further, the chemical stability, layer thickness and an adhesion of the layer to the substrate were studied due to potential use of the samples in medical applications. Second part of the bachelor thesis is dedicated to the evaluation of the biological interaction of Escherichia coli bacterial strain with the surface of studied samples. In particular the wiliness of microorganisms colonizing the samples was studied. The aim of this bachelor thesis was to establish which of the TiCN surface properties has the most important effect on microorganism adhesion. The relation between these properties and parameters of thin film production was analyzed. The samples which showed the best properties in view of bacterial colonization were discussed in aspects of chemical stability, layer thickness and adhesion of the layer to the substrate. Significant impact on biofilm formation had hydrophobicity of the surface. More hydrophobic samples were more colonized by bacteria. Also surface roughness had influence on the biofilm formation.

Keywords

tenké vrstvy, TiCN, implantáty, biokompatibilita, kolonizace bakteriální populací

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 15. 6. 2016
• Supervisor: Mgr. Petra Rosická

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Bachelor programme / field:
Nanotechnology / Nanomaterials