Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Adaptive coatings a-C/MoS2

Kot M., Lackner J., Major Ł., Major R., Skalski K., Wiązania G., Zimowski S.

Tribologia

|

2018

|

nr 2

51--56

EN

One of the latest ideas in surface engineering is the deposition of new kinds of coatings, called adaptive or chameleon. Based on literature review, the different mechanisms of the adaption of such coatings depend on the applied ranges of temperature and loads were compared. Moreover, the main directions of development of adaptive coatings were also presented. The paper includes results of single coatings, a-C and MoS2, as well composite coatings, a-C/MoS2, in which the mechanism of adaptation was expected. Indentation tests were carried out to determine nanohardness and elasticity modulus. The adhesion of coatings to steel substrates was studied by scratch testing, and tribological properties were studied using a high-temperature ball-on disc tribometer and tests results conducted at room temperature and at elevated temperatures up to 300°C. Results showed that composite coating, a-C/MoS2, can work over the entire range of temperatures with a low coefficient of friction 0.02–0.1 and wear index of 0.07–0.47•10–6 mm3/Nm. Whereas, a-C and MoS2 coatings exhibited a low coefficient of friction and a high wear resistance at low and high temperatures, respectively.

PL

W pracy przedstawiono nowy kierunek w inżynierii powierzchni tworzenia powłok adaptacyjnych, zwanych także kameleonowymi. Na podstawie analizy literatury zestawiono różne mechanizmy adaptacji powłok, w zależności od zakresu stosowanych temperatur pracy i kierunki rozwoju takich powłok. Przedstawiono także wyniki badań własnych dla powłok pojedynczych a-C i MoS2 i na ich tle wyniki dla powłok a-C/MoS2, w których spodziewano się mechanizmu adaptacji. Przeprowadzono testy indentacyjne, z których wyznaczono ich nanotwardość i moduł sprężystości. Analizowano także adhezję powłok do podłoży stalowych przy użyciu testu zarysowania. Testy tribologiczne przeprowadzono w temperaturze pokojowej oraz w podwyższonej do 300°C. Uzyskane wyniki wykazały, że w odróżnieniu do powłok a-C i MoS2 powłoki a-C/MoS2 mogą pracować w całym zakresie badanych temperatur. Wskazują na to niskie wartości współczynnika tarcia 0,02–0,1 i wskaźnika zużycia 0,07–0,47•10–6 mm3/Nm.

2

The influence of the surface topography on the cell-differentiation effect

Lackner J. M., Major R.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

22

3

Material engineering in cardiovascular reconstruction

Major R., Lackner J. M., Gonsior M., Plutecka H.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

19

EN

Reconstruction of the cardiovascular system: The aim of the work is to minimize thrombus formation life threatening in the pulsatile heart assist chamber, by the use of a new biomimetic heart valve made on the basis metal-polymer composites. The heart prostheses are dedicated to support the heart of patients with late heart disease failure. They are dedicated to therapy related to self-regeneration or as a bridge for transplantation. In the future, they will be able to help treatment with gene therapy for myocardial infarction. Systems with valves mechanically generate plaque activation by shear stress. This is due to the narrow gap that is between the petal and the ring. Composite materials and a new valve design can minimize this problem. Injected polyurethane with a metallic, titanium bonded insert optimal microscale flexibility with macro-stiffness for ensuring appropriate mechanical functions of the valve.

4

Initial in vivo biocompatybility evaluation of biomaterials used in the new biomimetic heart valve

Gonsior M., Zawidlak-Węgrzyńska B., Janiczak K., Gonsior D., Kustosz R., Major R., Lackner J.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

81

5

Coatings with advanced microstructure for biomedical applications

Kot M., Major Ł., Major R., Lackner J., Pontié M.

Tribologia

|

2017

|

nr 2

77--84

EN

The paper presents the effect of the complex architecture of Cr/CrN+a-C:H coatings on their mechanical and tribological properties. These advanced coatings were compared with CrN single coatings and Cr/CrN multilayers. All of them were deposited by the magnetron sputtering technique. The conducted tests allowed nanohardness, elasticity modulus, fracture toughness, and adhesion of coatings to steel substrates to be determined. Tribological tests were carried out under dry friction and in the presence of phosphate-buffered saline PBS and foetal bovine serum FBS. For all test conditions, the friction coefficient and the wear index of the produced coatings were determined. The lowest wear and the lowest coefficient of friction are exhibited by coatings with complex Cr/CrN+a-C:H architecture. Furthermore, they are also resistant to the highly corrosive PBS environment.

PL

W pracy analizowano wpływ złożonej architektury powłok Cr/CrN+a-C:H na ich właściwości mechaniczne i tribologiczne. Porównywano je z powłokami pojedynczymi CrN i wielowarstwowymi Cr/CrN, które wytwarzano techniką magnetronowego rozpylania. Przeprowadzone badania umożliwiły określenie twardości, modułu sprężystości, odporności na pękanie i adhezji do podłoża. Testy tribologiczne przeprowadzono w warunkach tarcia suchego oraz w obecności roztworu soli fizjologicznej PBS i surowicy cielęcej FBS. Dla wszystkich warunków tarcia określono współczynnik tarcia oraz odporność na zużycie wytworzonych powłok. Najmniejszym zużyciem oraz najmniejszymi wartościami współczynnika tarcia charakteryzowały się złożone powłoki Cr/CrN+a-C:H. Przy tym są one także odporne na oddziaływanie korozyjne roztworu PBS.

6

The influence of surface topography elaborated by prism optics based laser interference modification on cell differentiation

Czyż K., Marczak J., Major R., Mzyk A., Rycyk A., Sarzyński A., Strzelec M., Wachulak P.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 4

156--162

EN

The direct laser interference lithography, based on bi-prism, tetragonal pyramid and an axicon was used as a tool for periodical structuring of different bioscaffolds. The simple, source laser system with stable Nd:YAG laser resonator, amplifying system (energy up to 1 J) and prism-based interferometer optics gave possibility to create periodical, linear, dotted and even circular surface structures, with high degree of periods, width and depth control. The general idea consists of the imitation of the structure and function of tissues and adoption of these solutions for the material science. It is well known that the influence of the artificial material on the cellular processes related to the differentiation, proliferation and growth are dependent on the chemical composition and surface topography as well as mechanical properties of applied materials. The most recent studies focus on the cell interaction with flat scaffolds. However, cells are found covering a highly rough surface in the blood vessels. The work was related to reconstruction of the structure and function and topography of luminal side of the blood vessels. The most important aspect was to recreate cellular niches which plays specific function on the activation and differentiation of stem cells. The mechanical stresses generated at any certain site depend on the surface micropatterns of the material as well as the other signals that cell receives from chemical stimuli. This work is one of the first attempts to determine correlation of surface micro-topography with biochemical stimulation by adsorbed on the materials surface molecules and both factors potential influence on cellular response. The study was aimed at showing the mechanism of human endothelial progenitor cells adhesion, morphology and function control in response to surface patterning. It was found that micro-channels enhanced intercellular connections forming tight junctions and the appropriate progenitor cell differentiation.

PL

W bioinżynierii występuje wpływ składu chemicznego, topografii powierzchni oraz właściwości mechanicznych materiału podłoża na procesy komórkowe związane z różnicowaniem, proliferacją i wzrostem są zależne od składu chemicznego, topografii powierzchni oraz właściwości mechanicznych zastosowanych materiałów. Celem przedstawionych w artykule eksperymentów było zastosowanie bezpośredniej laserowej litografii interferencyjnej do kształtowania periodycznych struktur na powierzchni biozgodnych warstw amorficznego węgla (DLC — diamond like carbon). W pracach wykorzystano wcześniejsze wyniki eksperymentów zespołu autorów dotyczące topograficznej odpowiedzi proliferacji i wzrostu komórek mięśni gładkich i komórek śródbłonka na periodyczne wzory i formy kształtowania powierzchni DLC. Choć najnowsze publikowane badania koncentrują się raczej na oddziaływaniu komórek z płaskimi rusztowaniami/podłożami przygotowanymi do ich wzrostu, w mikroskali na powierzchni naturalnych naczyń krwionośnych występują duże nierówności. Uwzględniono to w przedstawionych wynikach badań podstawowych związanych z rekonstrukcją struktury, funkcjonowania i topografii wewnętrznej strony naczynia krwionośnego. Najważniejszym aspektem było odtworzenie nisz komórkowych odgrywających istotną rolę w aktywacji i różnicowaniu komórek macierzystych. Naprężenia mechaniczne powstające w tak określonych obszarach zależą od mikrowzoru powierzchni oraz od innych sygnałów, które komórki otrzymują w wyniku stymulacji chemicznej. Praca stanowi jedną z pierwszych prób określenia związków pomiędzy mikrotopografią powierzchni a biochemiczną stymulacją przez zaabsorbowane na powierzchni molekuły oraz potencjalnym wpływem obu tych czynników na odpowiedź komórkową. Opisane badania były ukierunkowane na wstępne ukazanie mechanizmu adhezji, morfologii i kontroli funkcjonowania ludzkich komórek progenitorowych śródbłonka w odpowiedzi na periodyczne ukształtowanie powierzchni podłoża.

7

Bezpośrednia laserowa litografia interferencyjna w periodycznej obróbce biomateriałów

Czyż K., Strzelec M., Marczak J., Rycyk A., Sarzyński A., Major R., Patron Z., Jach K., Świerczyński R., Warchulak P., Garbacz H.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2016

|

Vol. 65, nr 4

31--53

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nowoczesnej technologii mikroobróbki laserowej biomateriałów opartej na wykorzystaniu interferencji impulsowych wiązek laserowych o dużej energii. Przeanalizowano wpływ polaryzacji promieniowania na formę wzorów w obrazie interferencyjnym. Eksperymentalnie wyznaczono wartości progów ablacji laserowej dla tytanu i warstw diamentopodobnych. W serii eksperymentów potwierdzono szczególne zalety metody bezpośredniej interferencyjnej litografii laserowej w periodycznej modyfikacji powierzchni dla uzyskania różnych jej topografii, włącznie ze strukturami hierarchicznymi, o różnym okresie i wymiarach wzorów. Opisano zastosowania tej technologii do kształtowania powierzchni materiałów wszczepialnych oraz rusztowań dla hodowli komórek i tkanek w bioinżynierii.

EN

The paper presents the results of research on modern laser micromachining technology based on utilization of the interference field of high energy, pulse laser beams. The influence of radiation polarization on a pattern shape in an interference image has been analyzed theoretically. Values of laser ablation threshold for titanium and diamond-like coatings were determined experimentally. The particular advantages of the direct laser interference lithography method have been shown in a series of tests devoted to the periodical surface topography modification, including creation of hierarchical structures with different periods and feature dimensions. Another trial of tests has confirmed also the application potential of this technique in shaping of implant surfaces as well as preparation of scaffolds for cells and tissues culturing in bioengineering.

8

Development of surface modification methods for ReligaHeart® cardiac support system

Major R., Kustosz R., Trembecka-Wójciga K., Lackner J. M., Major B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 3

1399--1404

EN

The work is a review of the methods of the surface modification performed by the authors dedicated for for cardiac support system. It presents the evolution of designing the surface dedicated to direct contact with blood. Initially thin and ultrathin coatings were developed. They were designed as a blood-polymer barrier. The pneumatic heart assist devices are made of a medical grade polyurethane. A major milestone was to create advanced ceramic thin films expressing the flexible effects deposited by physical techniques. Coatings have evolved. Another milestone was the surface reproducing the microenvironment to capture progenitor cells from the bloodstream. Thin coatings were prepared, using methods of ion been, controlled residual stresses were introduced. Wrinkles appeared without cracking. This enabled taking control over the process of cell differentiation. Alternatively, the tissue inspired structure resulted of the coating in the form of extracellular matrix. The outer surface was modified with synthetic materials. This enabled the effective proteins docking to induce cell growth, recreating the luminal side of the blood vessel. Coagulation processes have been slowed down. In addition, it was found pro-angiogenic effect.

9

Periodyczne strukturowanie powierzchni wybranych materiałów biozgodnych

Czyż R., Major R., Trembecka-Wójciga K., Rycyk A., Sarzyński A., Strzelec M., Marczak J.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2015

|

R. 91, nr 5

49-52

PL

W artykule przedstawiono eksperymentalnie wytworzone struktury periodyczne, w skali mikro i sub-mikro, na powierzchniach wybranych biozgodnych materiałów – stopów tytanu i amorficznego węgla (DLC). Strukturowanie powierzchni tych materiałów uzyskano wykorzystując metodę bezpośredniej laserowej litografii interferencyjnej, tworząc 1D i 2D wzory o okresie równym użytej długości fali i jej wielokrotności, w zależności od ilości wiązek lasera biorących udział w interferencji.

EN

The paper presents experimentally fabricated periodical structures, in a micro- and submicro scale, at surfaces of selected biocompatible materials – Titanium alloys and amorphous carbon (DLC). Surface structuring of these materials has been performed using direct laser interference lithography method. It resulted in the creation of 1 D and 2 D patterns with periods equal to the laser wavelength and its multiplies, in dependence on the number of interfering laser beams.

10

In vitro hemocompatibility of thin films materials for direct blood contact

Trembecka-Wójciga K., Major R., Lackner J. M., Plutecka H.

Engineering of Biomaterials

|

2015

|

Vol. 18, no. 132

2--8

EN

When designing new biomaterials for tissue contact devices it is important to consider their architecture as it affects different cell response. Surface modification of tubular structures requires the use of different techniques than in the case of flat samples. Similarly, analytical techniques also need to be adapted to the specific shape of substrate. For blood contacting devices this issue is critical because of shear forces generated by fluid flow and responsible for blood components activation. This necessitates the use of diagnostic techniques dedicated for material analysis in dynamic conditions in order to simulate physiological conditions. In the frame of the work, the flat samples as well as tube like elements were considered. The flat samples were prepared for basic research. Based on the results of the basic research the thin coatings were selected for the internal side of the tube like elements which have been analysed in contact with blood using blood flow simulator. The cross section of the coating-substrate interaction was tested using transmission electron microscopy. The attachment of cells to coatings was determined by radial flow chamber. Hemocompatible analysis was carried out in two ways. The quality of the blood after the dynamic test was analysed using flow cytometry. In this case the aggregates formation, platelet consumption and apoptosis derived microparticles were considered. The amount of cells adhered to the materials surfaces was determined by confocal laser microscopy.

11

Biomechanical properties of the thin PVD coatings defined by red blood cells

Trembecka-Wojciga K., Major R., Lackner J. M., Bruckert F., Jasek E., Major B.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2015

|

Vol. 63, nr 3

697--705

EN

The measurement of the strength of bonds between biomaterials and cells is a major challenge in biotribology since it allows for the identification of different species in adhesion phenomena. Biomaterials, such as diamond-like carbon (DLC), titanium, and titanium nitride, seem to be good candidates for future blood-contact applications. These materials were deposited as thin films by the hybrid pulsed laser deposition (PLD) technique to examine the influence of such surfaces on cell behavior. The biomaterial examinations were performed in static conditions with red blood cells and then subjected to a dynamical test to observe the cell detachment kinetics. The tests revealed differences in behavior with respect to the applied coating material. The strongest cell-biomaterial interaction was observed for the carbon-based materials compared to the titanium and titanium nitride. Among many tests, a radial flow interaction analysis gives the opportunity to analyze cell adhesion to the applied material with the high accuracy. Analysis of concentrates helped to select materials for further dynamic tests on blood using an aortic flow simulator. In this case, the platelet adhesion to the surface and their degree of activation was analyzed. The quality of the selected coating was tested using a scratch test. The analyses of the microstructure were done using high resolution transmission electron microscopy. The phase composition and the residual stress were analyzed using X-ray diffraction methods.

12

Bio-Inspiered Blood-Contacting Materials Elaborated For The Heart Assist System

Major R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3

2279–2287

EN

The paper presents the main achievements of the author on the development of blood contacting materials. The main objective of the work is to elaborate materials dedicated for the heart support systems. Appropriately designed biomaterial surfaces enable fully controlled cellular differentiation, proliferation, and even restoration of the tissue structure on solids. The paper presents two approaches to modify the surface, which can control the life processes of tissue. The first solution considers the topography in the form of cell niches. The main objective of the study is a modified surface of thin films deposited on the polymer substrate constituting the microenvironment for the cells caused by residual stress and optimized stiffness of the surface using the plasma methods. The research hypothesis was the plasma surface modification method generating a controlled contribution of residual stress in the coating affect the surface topography in the form of nano- wrinkles similar to the niches in the tissue environment. Topography and stiffness of the surface coating allows the targeted cellular differentiation. The properly formed surface topography effectively inhibits blood clotting processes. The second solution considers implementation of self-organizing feature of extracellular matrix like coatings and selective cell mobilization. The multiscale analysis and phenomenologic description were performed to experimental research. For this purpose, the deposition method was based on electrostatic interactions in polyelectrolytes. This type of cell-polymer structure imitate the native structures.

PL

Praca przedstawia najważniejsze osiągniecia autora dotyczące rozwoju materiałów do kontaktu z krwią. Głównym celem prowadzonych prac są materiały o przeznaczeniu w komorach wspomagania serca. Odpowiednio zaprojektowana powierzchnia biomateriału umożliwia w pełni kontrolowane różnicowanie komórkowe, proliferację i nawet odtworzenie struktury tkanki na ciele stałym. W pracy przedstawiono dwa podejścia modyfikacji powierzchniowej, które pozwalają sterować procesami życiowymi tkanki. Pierwszym rozwiązaniem są powłoki o topografii nisz komórkowych. Celem głównym badań jest zmodyfikowana powierzchnia materiałów cienkowarstwowych nałożonych na podłoże polimerowe stanowiąca mikrośrodowisko dla wychwytu i kontrolowanego różnicowania komórek uzyskane przez odpowiedni udział naprężeń własnych i zoptymalizowaną sztywność powierzchniową. Ukierunkowana mikrostrukturą i właściwościami powierzchniowymi monowarstwa hamuje procesy wykrzepiania krwi. Drugie rozwiązanie dotyczy powłok o strukturze macierzy zewnątrzkomórkowej. Celem badań jest wieloskalowa analiza i opis fenomenologiczny samoorganizujących się powłok z funkcją selektywnej mobilizacji komórkowej. Jest to nowoczesne podejście na poziomie badań eksperymentalnych, dotyczące wytworzenia materiałów biologicznie kompozytowych i ich kompleksowej analizy z wykorzystaniem metod inżynierii materiałowej i inżynierii biomedycznej. Do tego celu została zastosowana metoda oparta o oddziaływania elektrostatyczne. Tego typu komórkowo-polimerowa struktura imituje struktury natywne tkanek.

13

Computer engineering in designing and fabrication of tissue analogue-type coating dedicated for the cardiovascular regeneration

Trembecka-Wojciga K., Major R., Bruckert F., Lackner J. M., Lacki P., Sanak M., Major B.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. 15, no. 3

621--630

EN

The work was related to the development of novel methods in designing and fabrication of thin, porous, tissue-like coatings. The surface modification was designed to create an environment for the appropriate cell growth. The originally designed system was established to prepare porous, synthetic coatings. The dedicated software was elaborated to control the sequential coating deposition based on the electrostatic interaction. The finite elements method (FEM) was used to determine structural and mechanical properties of the coatings. The numerical model was verified experimentally. The performed simulation predicted the coating stabilization by the graphene nanoparticles. Graphene was introduced as a stabilizer of the polymer coating. The elaborated automatic system allowed preparation the porous coatings, repetitively. Coatings were stabilized by the cross-linking chemical reaction using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide and N-hydroxysuccinimide. Nanoparticles were introduced by means of the electrostatic interaction. Mechanical analysis revealed an influence of the porous structure modification on the coating stiffness. Dynamic tests on blood subjected to the aortic flow showed antithrombogenic properties of the elaborated coatings.

14

Laser interference patterning of diamond-like carbon layers for directed migration and growth of smooth muscle cell depositions

Marczak J., Kusinski J., Major R., Rycyk A., Sarzynski A, Strzelec M., Czyz K

Optica Applicata

|

2014

|

Vol. 44, nr 4

575--586

EN

Seeding of cells on functional, biocompatible scaffolds is a crucial step in achieving the desired engineered tissue. The authors show the constructional solutions of the Nd:YAG pulse laser system with the Q-switch modulation for direct and interferential shaping of the surface of biocompatible materials. The two-channel interference system is distinguished by high control, simplicity and repetitiveness regarding laser energy level and dimensions of the surface structures. The experiments were conducted on hard, biocompatible substrates of amorphous carbon (diamond-like carbon, DLC) and were preliminarily tested on smooth muscle cell depositions.

15

Wykorzystanie bezpośredniej litografii interferencyjnej do nanoszenia struktur periodycznych na powierzchni różnych materiałów

Marczak J., Firak J., Rycyk A., Sarzyński A., Strzelec M., Kusiński J., Major R., Zasada D.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 1

13--18

PL

W artykule zaprezentowano wyniki bezpośredniego nanoszenia struktur periodycznych 1D i 2D w skali mikro- i submikronowej uzyskane za pomocą impulsowego lasera dużej mocy. Przedstawiono dwukanałowy układ laserowy stanowiący ramiona interferometru Macha-Zehndera, umożliwiający szybkie i łatwe zmiany parametrów obrazu interferencyjnego, jak również gęstości energii w interferujących wiązkach laserowych, w którym wykorzystano generator laserowy na Nd:YAG z Q-modulacją i rezonatorem niestabilnym typu p-branch oraz wzmacniacze laserowe (rys. 6). Uzyskiwany obszar interferencji jest znacznie większy niż w przypadku systemów opisywanych w literaturze i praktycznie obejmuje średnicę wyjściową wiązek laserowych. Strukturowanie powierzchni przeprowadzano w dość szerokim zakresie gęstości mocy impulsów laserowych, co skutkowało na przykład nadtapianiem/polerowaniem powierzchni (rys. 12a), topnieniem warstwy wierzchniej i ablacją – usuwaniem warstwy wierzchniej (rys. 9-12).

EN

The paper presents results of the direct manufacturing of 1D and 2D periodical structures on micron- and submicron scales, which were obtained using a high power pulse laser. A two-channel laser system, constituting arms of a Mach-Zehnder interferometer, allowing fast and easy control of the interference image parameters as well as power (energy) density in the interfering laser beams is also described. The system utilized an Nd:YAG, Q-switched laser oscillator with a p-branch unstable resonator as well as two laser amplifiers (Fig. 6). The resulting interference area is much larger than in the case of the arrangements described in other publications, and practically involves the output diameter of the interfering beams. Surface structuring was performed in quite a wide range of laser pulse power densities, which resulted for instance in surface melting/polishing (Fig. 12a), or top layer melting and ablation – removal of the superficial layer (Fig. 9÷12).

16

Biomedical inspired surface modification

Trembecka-Wójciga K., Major R., Lackner J. M., Major B.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 6

560--563

EN

Wide spectrum of deposited coatings on the polyurethane substrate was subjected to examinations. The first part of the coatings comprised: a-C:H:Si 500 nm thick, a-C:H:Si 200 nm, a-C:H:Si 15 nm thick, SiO2 15 nm thick, a-C:H 15 nm thick, TiOx 15 nm. The second part dealing with arterial flow conditions on the whole blood, covered series of coatings adjusted towards the blood-material interaction and considering materials like: a-C:H, Ti, Ti:N, a-C:H:Ti:N, TiOx, a-C:H:Si, a-C:H:Ti. Analysis of the microstructure of coatings was performed using transmission electron microscopy (TEM). Thin foils for the TEM analysis were prepared on cross-section by means of the focused ion beam method (FIB). A radial flow chamber was used to determine the efficiency and kinetics of model cells as a function of the applied shear stress. Dynamic tests using blood cell gave the hint selection of materials for further modification in the form of a pocket for stem cells. The coating a-C:H:Ti:N was selected for the surface modification because of the relatively low influence on the blood clotting cascade activation. The challenge of the main part of the work was focused on a microenvironment for the stem cell capturing using the material surface modification. The endothelium cell of HUVEC culture (human umbilical vein endothelium cell) was used for surface modification. Bloodmaterial interaction was studied on the surface of HUVEC culture and the surfaces were analyzed using the dynamic aortic flow simulator on the whole blood. The performed studies are targeted to design and fabricate biomimetic cardiovascular devices simulating architecture of the blood vessels.

PL

Analizowano szerokie spektrum osadzonych powłok na podłożu poliuretanowym. Pierwsza grupa powłok obejmowała: a-:H:Si 500 nm grubości, a-C:H:Si 200 nm grubości, a-C:H:Si 15nm grubości, SiO2 15nm grube, a-C:H 15 nm grubości, TiOx 15 nm. Druga część materiałów dedykowanych do badań w warunkach przepływu tętniczego w pełnej krwi obejmowała powłoki do pracy w warunkach kontaktu z krwią i obejmowała materiały, takie jak: a-C:H, Ti, TiN, a-C:H:TiN, TiOx, a-C:H:Si, a-C:H:Ti. Analizę mikrostruktury powłok przeprowadzono za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Cienkie folie do analizy TEM zostały przygotowane z przekroju poprzecznego za pomocą zogniskowanej wiązki jonów metodą (FIB). Promieniowa komora przepływu została zastosowana do określenia wydajności i kinetyki wymywania modelowych komórek w funkcji naprężenia ścinającego. Próby dynamiczne wykorzystujące komórki krwi pozwoliły na wybór materiałów przewidzianych do dalszej modyfikacji w aspekcie niszy do zasiedlania komórkami macierzystymi. Powłoka a-C:H:TiN została wybrana w celu dalszej modyfikacji ze względu na stosunkowo niewielki wpływ na aktywację kaskady krzepnięcia krwi. Główna część pracy została skupiona na uzyskaniu mikrośrodowiska dogodnego do wychwytywania komórek macierzystych z wykorzystaniem modyfikacji powierzchni. Komórki śródbłonka HUVEC (ludzkie hodowle komórek śródbłonka żyły pępowinowej) użyto do modyfikacji powierzchni. Oddziaływanie krwi z materiałem badano na powierzchni osadzonych komórek śródbłonka typu HUVEC. Analizowano właściwości powierzchni w dynamicznych warunkach przepływu symulującego przepływ aortalny krwi. Przeprowadzone badania są ukierunkowane na projektowania i wytwarzanie wyrobów biomimetycznych o architekturze symulującej strukturę naczyń krwionośnych.

17

Formation Enthalpy of BLi Intermediate Phase

Gąsior W., Dębski A., Major R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

299--303

EN

The formation enthalpy of the BLi (B48Li52) intermetallic phase was measured with the use of the water reaction and the direct reaction calorimetric method. The phase was prepared of weighed amounts of B and Li in a glove-box filled with high purity argon. The BLi phase was confirmed with using the X-ray diffraction investigations. The experiments were carried out with the use of a water reaction calorimeter (water reaction calorimetric technique) at 25°C (298 K) in air, as well as a direct reaction calorimeter at 752°C in high purity argon. The formation enthalpy value obtained for the BLi phase in the case of the water reaction calorimetric method equaled -30.3±2.2 kJ/mole of atoms and in the case of the direct synthesis technique - 29.4±2.0 kJ/mole of atoms.

PL

Entalpia tworzenia fazy międzymetalicznej BLi (B48Li52) została zmierzona przy użyciu metody rozpuszczania w wodzie oraz metody bezpośredniej reakcji. Faza była wytworzona w komorze manipulacyjnej w atmosferze oczyszczonego argonu z odpowiednich naważek B oraz Li. Eksperymenty zostały przeprowadzone przy użyciu kalorymetru wodnego (technika kalorymetryczna pozwalająca na pomiar reakcji z wodą) w 25°C (298 K) w powietrzu, a także przy użyciu metody bezpośredniej reakcji w 752°C w atmosferze argonu o wysokiej czystości. Uzyskana wartość entalpii tworzenia fazy BLi w przypadku kalorymetrycznej metody reakcji z wodą wynosiła -30,3±2,2 kJ/mol atomów a w przypadku metody bezpośredniej reakcji: - 29,4±2,0 kJ/mol atomów.

18

Graphene based porous coatings with antibacterial and antithrombogenous function - Materials and design

Major R., Sanak M., Mzyk A., Lipinska L., Kot M., Lacki P., Bruckert F., Major B.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2014

|

Vol. 14, no. 4

540--549

EN

The studies considered graphene-based biomaterials dedicated for cardiovascular therapy. Reduced graphene oxide flakes were introduced into the porous structure of the polyelectrolyte based coatings. TEM analysis showed the presence of graphene flakes arranged parallel to the substrate surface, firmly connected to the porous coating. Biomaterials were subjected to a comprehensive diagnosis of the biological and material properties. The material behavior was simulated using finite element method. The coatings were deposited using layer by layer method. Mechanical analysis was done using Berkovich indenter geometry. They confirmed theoretical FEA based calculations, it was observed the coating stiffness incensement under the influence of introduced particles of graphene. The endanger of the bacteriology film formation was verified based on the E-coli and Staphylo coccus bacteria. Blood–material interaction was examined in the dynamic flow conditions. Bacteriological analysis showed reduced presence of bacteria after contact with the surface with introduced graphene flakes. Dynamic analyzes on blood showed high activation of the coagulation, strong platelets consumption and a strong immune response. It is caused by sharp edge of the single plane of the graphene flake.

19

Chemical control of polyelectrolyte film properties for an effective cardiovascular implants endothelialization

Mzyk A., Major R., Kot M., Gostek J., Wilczek P., Major B.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2014

|

Vol. 14, no. 2

262--268

EN

The aim of this study was to improve properties of blood contacting materials such as polyurethane, in a form of intelligent, self-organizing and self-controlling coatings, which allow the selective mobilization and colonization of the endothelial cells on their surface. The prepared multilayer polyelectrolyte scaffolds were cross-linked chemically by EDC/NHS reagents in order to control their physicochemical properties and thus improving potential to endothelialization. Four types of coatings, i.e. non-cross-linked, cross-linked by 260 mM, 400 mM and 800 mM EDC reagent, were investigated. Their comparison was performed based on the results of the surface topography measurements using Atomic Force Microscopy (AFM), cellular morphology and proliferation analysis using Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM) and the mechanical properties examinations. The optimal multilayer rigidity and surface roughness parameters were found for an effective control of the endothelial cells growth. Surface topography analysis indicated an increase in the coating’s roughness due to application of higher EDC cross-linker concentrations. Mechanical studies revealed that cross-linking caused a significant increase in the hardness and elastic modulus. The results from the cellular experiments allowed the conformation that 400 mM cross-linked PLL/HA films possess desired properties.

20

Effect of material and geometry on dogboning in coronary stents

Idziak-Jabłońska A., Lacki P., Major R.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

269--272

EN

The aim of the study was to evaluate the effect of the material used, wall thickness and the number of segments in a stent on the increments in the diameters in the proximal and distal ends, i.e. dogboning. The study analysed a model of a slotted-tube stent using the ﬁnite element method (FEM). The numerical calculations for all the stents studied showed that the stents with the highest number of segments and the highest thickness of the wall exhibited the lowest value of the diameter in the proximal and distal end of the implant. For the stent made of titanium-matrix alloy (Ti-6Al-7Nb), the authors observed the highest values of dogboning. Expansion of this stent occurred only through bending individual wires, without using connectors. As results from the calculations, the lowest values of dogboning were found for the geometry of a stent made of Cr-Ni-Mo steel. It can be observed for this material that the stent was expanded evenly. The choice of mechanical properties of metals as a biomaterial and the shape of the stent is an important problem when creating new applications. The ﬁndings of this study show that the thicker the stent's structure, i.e. the higher the number of wires, the better results are obtained for dogboning effect, which impacts on the properties of stent expansion. Designation of dogboning is necessary for reduction in the frequency of undesirable restenoses. Numerical analysis presented in the study provides basis for development and optimization of stent's design.

PL

Celem pracy jest określenie wpływu materiału, grubości ścianki i liczby segmentów na uzyskane przyrosty średnicy na początku i na końcu stenta, tzw. dogboning. Do analizy modelu stentu rurkowego z nacięciami (slotted tube) wykorzystano metodę elementów skończonych. Przeprowadzone obliczenia numeryczne dla wszystkich analizowanych stentów wykazały, że stenty o największej liczbie segmentów przy największej grubości ścianki stentu uzyskały najmniejszy przyrost średnicy na początku i na końcu implantu. Dla stenta wykonanego ze stopu na osnowie tytanu Ti-6Al-7Nb uzyskano największe wartości dogboningu. Rozprężenie tego stentu zachodziło jedynie przez rozginanie poszczególnych ramion, bez udziału łączników. Z uzyskanych obliczeń wynika, iż najmniejsze wartości dogboningu uzyskała geometria stenta wykonanego ze stali Cr-Ni-Mo. Dla tego materiału można zauważyć, iż stent ulega równomiememu rozpreżeniu. Dobór własności mechanicznych metali jako biomateriału oraz kształt stentu są ważną kwestią przy tworzeniu nowych aplikacji. Wyniki przeprowadzonej analizy wskazują, że im struktura stentu jest gęściejsza, czyli im większa jest liczba ramion, tym uzyskuje się lepsze wyniki dogboningu, który wpływa na właściwości rozpreżania stentu. Wyznaczenie dogboningu jest niezbędne w celu ograniczenia niepożądanych restenoz. Analiza numeryczna przedstawiona w pracy daje podstawy do projektowania i optymalizacji struktury stentu.