Student: Rafaj Zdeněk
Vedoucí: Doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr.
Konzultant: Mgr. Ivan Jirka CSc. (Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR)
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 tyto účely 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. Bylo prokázáno, že takovým kovem je niob (Nb).
Důležitá je modifikace povrchu materiálů, která může značně ovlivnit biokompatibilitu, tedy schopnost materiálu být přijat živým organizmem. Povrch použitých náhrad je nutno opracovat mechanicky i chemicky, čímž se dosahuje žádaných vlastností. Tyto procesy ovšem ovlivňují fyzikální vlastnosti povrchu, zejména elektronovou strukturu a adsorpční vlastnosti a proto je možno tyto vlastnosti sledovat pomocí metod fyziky povrchů. Výzkum povrchu materiálů vhodných pro biokompatibilní aplikace tak představuje zajímavý fyzikální problém s možným praktickým využitím výsledků pro významné technologické aplikace.
Vypsaná diplomová práce má našimi experimentálními metodami (XPS, TDS) sledovat vlastnosti povrchu slitiny TiNb oxidovaného různými metodami a zjistit, jak na těchto površích roste vrstva hydroxylapatitu, což je podstatné pro biokompatibilitu a tedy případné pozdější využití v medicíně.
Zásady pro vypracování:
1) Seznámit se s Rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS), metodou Molekulárních svazků (MB) a Termodesorpční spektroskopie (TDS).
2) Seznámit se s problematikou úpravy povrchů pro biokompatibilní aplikace (zejména definovaná oxidace povrchu, adsorpce vody a růst hydroxylapatitu).
3) Metodami XPS a TDS sledovat povrch slitiny TiNb, jeho čistotu a složení. Pozornost věnovat druhu oxidů, které se na povrchu vytvoří různými metodami oxidace, tloušťce těchto oxidů a jejich stabilitě.
4) Pokusit se na zoxidovaném povrchu slitiny TiNb vytvořit vrstvu hydroxylapatitu a sledovat vliv podmínek přípravy na jeho růst a vlastnosti.
Literatura:
L. Eckertová a kol., Fyzikální elektronika pevných látek, Univerzita Karlova, Praha, 1992.
Ch. Kleint, K.-D. Brzoszka, Čs. čas. fyz. A 25 (1975) 345.
D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990.
Články z odborných časopisů týkající se použitých metod a materiálů.