Školitel: Doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr.
Stav práce: volná
Anotace:
Biokompatibilní materiály představují téma široce studované v mnoha vědních oborech. Lékaři a biologové se zajímají o to, jak živé organizmy na tyto materiály reagují. Na jednu stranu jak je přijmou nebo odmítnou a na druhou jak s nimi vytvářejí vazbu, jak k nim živé buňky přirůstají a vytvářejí pevný systém. Toto je důležité zejména u kloubních nebo dentálních náhrad.
Pro interakci použitých materiálů je určující fyzikální a chemický stav povrchu. Sleduje se druh a tloušťka povrchového oxidu, morfologie povrchu a další parametry. Studuje se možnost pokrýt povrch feroelektrickými vrstvami (BaTiO3, LiNbO3), které svojí polaritou zvyšují schopnost buněk přirůstat k povrchu. Přitom je důležité sledovat stabilitu vrstev, zejména uvolňování některých chemických prvků působením roztoků blízkých tekutinám, které na ně budou působit v lidském těle i při in-vivo experimentech, kdy jsou použité materiály přímo vloženy do těla pokusných zvířat.
Fyzika povrchů může vysvětlit problémy týkající se různého druhu úpravy povrchů biokompatibilních materiálů (chemické vlastnosti oxidů či ferroelektrických vrstev na povrchu připravených různým způsobem, jejich stabilita, morfologické vlastnosti povrchu či vrstvy). Porovnáním těchto vlastností s výsledky, které jsou získávány při sledování biokompatibility připravených materiálů, může pomoci zjistit, které vlastnosti a postupy jsou podstatné pro přípravu náhrad používaných v medicínské praxi.
Práce bude řešena experimentálně. Jedná se o spolupráci několika vědeckých pracovišť. Vzorky (materiály používané v medicíně - Ti, TiNb, TiAlV, případně chirurgická ocel) jsou připravovány na fakultě strojní ČVUT, kde jsou zkoumány i jejich mechanické vlastnosti (tuhost, pružnost, tvrdost povrchu). Ferroelektrické vrstvy jsou nanášeny ve Fyzikálním ústavu ČAV. Interakce s různými kmeny buněk je zkoumána ve Fyziologickém ústavu ČAV. Na našem pracovišti provádíme analýzy chemického stavu povrchu vzorků a jejich změn metodou Rentgenové Fotoelektronové Spektroskopie (XPS) a případně i úpravu povrchu různými druhy oxidace, působením roztoků blízkých tělesným tekutinám (fyziologický roztok, Hanksův roztok, případně SBF). Důležité je i sledování morfologie povrchu například metodou AFM. Těžiště práce bude zejména ve studiu připravených ferroelektrických vrstev. U nich je důležité také znát, jak se chová interface mezi základním materiálem a nanesenou vrstvou. To může být sledováno metodami elektronové mikroskopie, zejména TEM, přičemž vzorky se připravují metodou fokusovaných iontových svazků - FIB. Je možná jak spolupráce s kolegy, kteří s těmito metodami pracují tak i vlastní práce doktoranda na těchto přístrojích, pokud se s nimi naučí zacházet.