Student: Rafaj Zdeněk
Vedoucí: Doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr.
Konzultant: RNDr. Ivan Jirka CSc. (Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR) , RNDr. Viktor Johánek, Ph.D.
Stav práce: obhájená
Abstrakt:
Biokompatibilní materiály mají důležitou funkci v moderní medicíně (kloubní náhrady, zubní implantáty, cévní výztuhy a další). Jedná se o materiály skládající se z prvků, které tělo dokáže přijmout bez alergické reakce, která může zkomplikovat nebo znemožnit celý léčebný proces. Pro biokompatibilitu materiálů je zásadní stav povrchu daného materiálu (t.j. jeho chemické složení a vhodná modifikace povrchu). Volba optimálního materiálu vhodného pro kostní náhrady není vyřešena. K nejatraktivnějším patří v současnosti materiály na bázi slitin titanu (Ti). Nejčastěji používaná je slitina skládající se kromě Ti z hliníku (Al) a vanadu (V): Ti-6Al-4V. Tento materiál má velmi vhodné mechanické vlastnosti, bylo však prokázáno, že přítomné prvky Al a V představují určitá zdravotní rizika, například vyšší pravděpodobnost vzniku Alzheimrovy nemoci. Proto se v současnosti hledají kovy, které by s Ti tvořily slitiny podobných mechanických vlastností, ale nepřinášely by výše zmíněná rizika. V současné době bylo prokázáno, že takovým kovem je niob (Nb).
Důležitá je modifikace povrchu materiálů pomocí nejrůznějších technologií (oxidace termická, anodická, ve výboji a další), která může ovlivnit adsorpční schopnosti povrchu.
Jedním z důležitých parametrů sledovaných při hodnocení vhodnosti materiálu pro biokompatibilní použití je adsorpce vody na povrchu, její rozklad a vznik funkčních OH skupin na povrchu, případně stabilita připraveného povrchu. Studované vzorky budou nejprve charakterizovány metodou XPS (poměr koncentrace Ti/Nb, oxidační stupeň, čistota) a následně bude ve spektrometru pro infračervenou spektroskopii provedena adsorpce H2O za vysokého tlaku a adsorbát bude sledován.
Výzkum vlastností povrchu těchto materiálů představuje zajímavý fyzikální problém, přitom se ale jedná o zcela nový směr jak výběrem zkoumaných materiálů tak i praktickým využitím výsledků, které mohou mít významné technologické aplikace.
Vypsaná bakalářská práce má za úkol zhodnotit charakteristické vlastnosti povrchu oxidovaného TiNb a prověřit rozdíly mezi různě připravenými vzorky (ty bude připravovat RNDr. I. Jirka).
Zásady pro vypracování:
1) Teoretická část: Seznámit se s metodou Infračervené spektroskopie, případně Ramanovy spektroskopie a jejich použitím. Seznámit ses Rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS) a jejím použitím.
2) Praktická část: Proměřit metodou XPS vrstvy TiNb s povrchy modifikovanými různými oxidačními procedurami v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR a určit rozdíly mezi nimi. Ve spektrometru pro infračervenou spektroskopii provést adsorpce H2O a sledovat její rozklad a kncentraci vznik funkčních OH skupin. Po adsorpci H2O sledovat stabilitu povrchu a jeho změny s teplotou. Určit souvislosti mezi různými způsoby modifikace povrchu dodaných vzorků a jejich adsorpčními schopnostmi. Zhodnotit jednotlivé povrchy z hlediska biokompatibility.
3) Zpracování: Získané výsledky interpretovat a sepsat ve formě bakalářské práce.
Literatura:
1) L. Eckertová a kol., Fyzikální elektronika pevných látek, Univerzita Karlova, Praha, 1992.
2) Ch. Kleint, K.-D. Brzoszka, Čs. čas. fyz. A 25 (1975) 345.
3) D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990.
4) Články z odborných časopisů týkající se použitých metod a material.