Bakalářská práce se zabývá posouzením vlastností tenkých vrstev nanesených na austenitickou ocel s cílem snížit adhezi nežádoucích bakterií na povrchu a zároveň zachovat biokompatibilitu pro environmentální nebo biomedicínské aplikace (využití pro tělní implantáty, ortopedické aplikace, zubní implantáty apod.). Teoretická část je věnována popisu tenkých vrstev (TiN, ZrN, TiCrC, TiCrN, TiCrCN_20 a TiCrCN_50), metodám přípravy pomocí Arc PVD a jejich charakterizaci. Praktická část popisuje testování vlastností vrstev se zaměřením na hodnocení struktury povrchu, chemického složení, bakteriální adheze, hemokompatibility a tribologických vlastností. Výsledkem práce je návrh metod a postupů pro studium parametrů a vlastností tenkých vrstev a návrh metod pro hodnocení interakce povrchu s biologickým prostředím. Cílem práce je najít vhodné vrstvy s určitými vlastnostmi, které budou splňovat požadavky pro aplikace v konkrétní oblasti medicíny.
Anotace v angličtině
The bachelor thesis deals with the assessment of thin layers properties applied to austenitic steel. The aim of the work is to reduce the adhesion of unwanted bacteria on the surface while maintaining biocompatibility for environmental or biomedical applications (e.g. body implants, orthopedic applications, dental implants, etc.). The theoretical part is devoted to the description of thin films (TiN, ZrN, TiCrC, TiCrN, TiCrCN_20 and TiCrCN_50), methods of preparation using Arc PVD and their characterization. The practical part describes the testing of layer properties with a focus on the evaluation of surface structure, chemical composition, bacterial adhesion, hemocompatibility and tribological properties. The result of the work is to propose methods and procedures for the study of thin layers parameters and properties and to propose methods for evaluating the interaction of the surface with the biological environment. The aim of the work is to find suitable layers with certain properties, which will fulfill requirements for application in specific field of medicine.
Klíčová slova
tenké vrstvy, Arc PVD, biokompatibilita, tribologické vlastnosti, drsnost povrchu
Bakalářská práce se zabývá posouzením vlastností tenkých vrstev nanesených na austenitickou ocel s cílem snížit adhezi nežádoucích bakterií na povrchu a zároveň zachovat biokompatibilitu pro environmentální nebo biomedicínské aplikace (využití pro tělní implantáty, ortopedické aplikace, zubní implantáty apod.). Teoretická část je věnována popisu tenkých vrstev (TiN, ZrN, TiCrC, TiCrN, TiCrCN_20 a TiCrCN_50), metodám přípravy pomocí Arc PVD a jejich charakterizaci. Praktická část popisuje testování vlastností vrstev se zaměřením na hodnocení struktury povrchu, chemického složení, bakteriální adheze, hemokompatibility a tribologických vlastností. Výsledkem práce je návrh metod a postupů pro studium parametrů a vlastností tenkých vrstev a návrh metod pro hodnocení interakce povrchu s biologickým prostředím. Cílem práce je najít vhodné vrstvy s určitými vlastnostmi, které budou splňovat požadavky pro aplikace v konkrétní oblasti medicíny.
Anotace v angličtině
The bachelor thesis deals with the assessment of thin layers properties applied to austenitic steel. The aim of the work is to reduce the adhesion of unwanted bacteria on the surface while maintaining biocompatibility for environmental or biomedical applications (e.g. body implants, orthopedic applications, dental implants, etc.). The theoretical part is devoted to the description of thin films (TiN, ZrN, TiCrC, TiCrN, TiCrCN_20 and TiCrCN_50), methods of preparation using Arc PVD and their characterization. The practical part describes the testing of layer properties with a focus on the evaluation of surface structure, chemical composition, bacterial adhesion, hemocompatibility and tribological properties. The result of the work is to propose methods and procedures for the study of thin layers parameters and properties and to propose methods for evaluating the interaction of the surface with the biological environment. The aim of the work is to find suitable layers with certain properties, which will fulfill requirements for application in specific field of medicine.
Klíčová slova
tenké vrstvy, Arc PVD, biokompatibilita, tribologické vlastnosti, drsnost povrchu
Navrhnout metody/postupy pro hodnocení interakce povrchu s biologickým prostředím (např. krev, sliny, pot aj.), případně i s bakteriálními buňkami (výběr testovacího organismu).
Experimentálně ověřit stabilitu tenkých vrstev v různém biologickém prostředí (např. vliv pH, teploty aj.).
Posoudit a stanovit shody/rozdílnosti dosažných výsledků s odbornou literaturou.
Výzkumné předpoklady / výzkumné otázky:
Předpokládáme, že různé typy tenkých vrstev budou mít jiné fyzikálně-chemické vlastnosti; a tyto vlastnosti budou silně ovlivňovat interakci s biologickým prostředím (sorpci biomolekul, zvýšení/snížení proliferace buněk na povrchu materiálu aj.).
Předpokládáme, že nalezneme podmínky (typ vrstvy), které povedou ke snížení bakteriální adhese k povrchu, čehož následkem je eliminace vzniku zánětu nebo vyloučení negativní reakce těla na cizí těleso (implantát).
Shodují se dosažené laboratorní výsledky s výsledky v odborných publikacích?
Dosáhlo se snížení proliferace bakteriálních buněk na povrchu modifikovaných tenkých vrstev?
Jsou zvolené metody charakterizace povrchu průkazné?
Metoda práce:
Kvalitativní
Technika práce, vyhodnocení dat:
Metodou výzkumu bude realizace srovnávacího experimentu. Měření fyzikálních, chemických a mechanických parametrů (optická mikroskopie, AFM, SEM, konfokální mikroskopie, scratch testy apod.). Stanovení biologické odezvy (korozní testy, kultivační testy aj.). Základní statistické vyhodnocení experimentů.
Zásady pro vypracování
Cíle práce
Navrhnout metody/postupy pro studium parametrů a vlastností tenkých vrstev (testy sterilizace, otěru-vzdornosti, tvrdosti aj.)
Navrhnout metody/postupy pro hodnocení interakce povrchu s biologickým prostředím (např. krev, sliny, pot aj.), případně i s bakteriálními buňkami (výběr testovacího organismu).
Experimentálně ověřit stabilitu tenkých vrstev v různém biologickém prostředí (např. vliv pH, teploty aj.).
Posoudit a stanovit shody/rozdílnosti dosažných výsledků s odbornou literaturou.
Výzkumné předpoklady / výzkumné otázky:
Předpokládáme, že různé typy tenkých vrstev budou mít jiné fyzikálně-chemické vlastnosti; a tyto vlastnosti budou silně ovlivňovat interakci s biologickým prostředím (sorpci biomolekul, zvýšení/snížení proliferace buněk na povrchu materiálu aj.).
Předpokládáme, že nalezneme podmínky (typ vrstvy), které povedou ke snížení bakteriální adhese k povrchu, čehož následkem je eliminace vzniku zánětu nebo vyloučení negativní reakce těla na cizí těleso (implantát).
Shodují se dosažené laboratorní výsledky s výsledky v odborných publikacích?
Dosáhlo se snížení proliferace bakteriálních buněk na povrchu modifikovaných tenkých vrstev?
Jsou zvolené metody charakterizace povrchu průkazné?
Metoda práce:
Kvalitativní
Technika práce, vyhodnocení dat:
Metodou výzkumu bude realizace srovnávacího experimentu. Měření fyzikálních, chemických a mechanických parametrů (optická mikroskopie, AFM, SEM, konfokální mikroskopie, scratch testy apod.). Stanovení biologické odezvy (korozní testy, kultivační testy aj.). Základní statistické vyhodnocení experimentů.
Seznam doporučené literatury
1. PETKOV, Nikolay et al. Cathodic Arc Deposition of TiCN Coatings Influence of the C2H2/N2 Ratio on the Structure and Coating Properties. Journal of Nano Research. 2018, 51, 78-91. ISSN 1661-9897.
2. PETKOV, Nikolay et al. Influence of Coating Deposition Parameters on the Mechanical and Tribological Properties of TiCN Coatings. Journal of Nano Research. 2017, 49, 98-107, ISSN 1661-9897.
3. NARAYAN, Roger. Nanostructured surfaces in biomaterials. In: K. JURCZYK a M. U. JURCZYK. Nanostructured materials for biomedical application. Poland: Elsevier, 2018, s. 79-195. ISBN 978-0-08-100716-7.
4. VERESCHAKA, Alexey A. et al. Working efficiency of cutting tools with multilayer nano-structured Ti-TiCN-(Ti,Al)CN and Ti-TiCN-(Ti,Al,Cr)CN coatings: Analysis of cutting properties, wear mechanism and diffusion processes. Surface and Coatings Technology. 2017, 332, 198-213. DOI 10.1016/j.surfcoat.2017.10.027. ISSN 02578972
5. SHAH, Arman et al. Surface Modification on Titanium Alloy for Biomedical Application. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Elsevier, 2018. DOI 10.1016/B978-0-12-803581-8.10484-9.
6. SHAH, Arman, S.N.F. ISMAIL, Mas Ayu HASAN a Rosdi DAUD. Surface Modification on Titanium Alloy for Biomedical Application. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Elsevier, 2018. DOI 10.1016/B978-0-12-803581-8.10484-9.
7. QIN, Yanfang et al. Structure and wear characteristics of TiCN nanocomposite coatings fabricated by reactive plasma spraying. Surface and Coatings Technology. 2018, 342, 137-145. DOI 10.1016/j.surfcoat.2018.02.108.
8. DE ASSUMPCAO PEREIRA-DA-SILVA, Marcelo a Fabio A. FERRI. Scanning Electron Microscopy. Nanocharacterization Techniques. Elsevier, 2017, s. 1-35. DOI 10.1016/B978-0-323-49778-7.00001-1.
9. WALTHER, Thomas. Transmission Electron Microscopy of Nanostructures. Microscopy Methods in Nanomaterials Characterization. Elsevier, 2017, s. 105-134. DOI 10.1016/B978-0-323-46141-2.00004-3.
10. MORIARTY, Thomas et al. 4.8 Bacterial Adhesion and Biomaterial Surfaces. Comprehensive Biomaterials II. Elsevier, 2017, s. 101-129. DOI 10.1016/B978-0-08-100691-7.00106-3.
11. OZKAN, Alper D. et al. Atomic force microscopy for the investigation of molecular and cellular behavior. Micron. 2016, 89, 60-76. DOI 10.1016/j.micron.2016.07.01.
12. WARCHOLINSKI, B., A. GILEWICZ, Z. KUKLINSKI a P. MYSLINSKI. Hard CrCN/CrN multilayer coatings for tribological applications. Surface and Coatings Technology. 2010, 204(14), 2289-2293. DOI 10.1016/j.surfcoat.2009.12.019.
Seznam doporučené literatury
1. PETKOV, Nikolay et al. Cathodic Arc Deposition of TiCN Coatings Influence of the C2H2/N2 Ratio on the Structure and Coating Properties. Journal of Nano Research. 2018, 51, 78-91. ISSN 1661-9897.
2. PETKOV, Nikolay et al. Influence of Coating Deposition Parameters on the Mechanical and Tribological Properties of TiCN Coatings. Journal of Nano Research. 2017, 49, 98-107, ISSN 1661-9897.
3. NARAYAN, Roger. Nanostructured surfaces in biomaterials. In: K. JURCZYK a M. U. JURCZYK. Nanostructured materials for biomedical application. Poland: Elsevier, 2018, s. 79-195. ISBN 978-0-08-100716-7.
4. VERESCHAKA, Alexey A. et al. Working efficiency of cutting tools with multilayer nano-structured Ti-TiCN-(Ti,Al)CN and Ti-TiCN-(Ti,Al,Cr)CN coatings: Analysis of cutting properties, wear mechanism and diffusion processes. Surface and Coatings Technology. 2017, 332, 198-213. DOI 10.1016/j.surfcoat.2017.10.027. ISSN 02578972
5. SHAH, Arman et al. Surface Modification on Titanium Alloy for Biomedical Application. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Elsevier, 2018. DOI 10.1016/B978-0-12-803581-8.10484-9.
6. SHAH, Arman, S.N.F. ISMAIL, Mas Ayu HASAN a Rosdi DAUD. Surface Modification on Titanium Alloy for Biomedical Application. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Elsevier, 2018. DOI 10.1016/B978-0-12-803581-8.10484-9.
7. QIN, Yanfang et al. Structure and wear characteristics of TiCN nanocomposite coatings fabricated by reactive plasma spraying. Surface and Coatings Technology. 2018, 342, 137-145. DOI 10.1016/j.surfcoat.2018.02.108.
8. DE ASSUMPCAO PEREIRA-DA-SILVA, Marcelo a Fabio A. FERRI. Scanning Electron Microscopy. Nanocharacterization Techniques. Elsevier, 2017, s. 1-35. DOI 10.1016/B978-0-323-49778-7.00001-1.
9. WALTHER, Thomas. Transmission Electron Microscopy of Nanostructures. Microscopy Methods in Nanomaterials Characterization. Elsevier, 2017, s. 105-134. DOI 10.1016/B978-0-323-46141-2.00004-3.
10. MORIARTY, Thomas et al. 4.8 Bacterial Adhesion and Biomaterial Surfaces. Comprehensive Biomaterials II. Elsevier, 2017, s. 101-129. DOI 10.1016/B978-0-08-100691-7.00106-3.
11. OZKAN, Alper D. et al. Atomic force microscopy for the investigation of molecular and cellular behavior. Micron. 2016, 89, 60-76. DOI 10.1016/j.micron.2016.07.01.
12. WARCHOLINSKI, B., A. GILEWICZ, Z. KUKLINSKI a P. MYSLINSKI. Hard CrCN/CrN multilayer coatings for tribological applications. Surface and Coatings Technology. 2010, 204(14), 2289-2293. DOI 10.1016/j.surfcoat.2009.12.019.
Přílohy volně vložené
1 CD ROM
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, schémata, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.