Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Biphasic monolithic osteochondral scaffolds obtained by diffusion-limited enzymatic mineralization of gellan gum hydrogel

Pietryga Krzysztof, Reczyńska-Kolman Katarzyna, Reseland Janne E., Haugen Håvard, Larreta-Garde Véronique, Pamuła Elżbieta

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2023

|

Vol. 43, no. 1

189--205

EN

Biphasic monolithic materials for the treatment of osteochondral defects were produced from polysaccharide hydrogel, gellan gum (GG). GG was enzymatically mineralized by alkaline phosphatase (ALP) in the presence of calcium glycerophosphate (CaGP). The desired distribution of the calcium phosphate (CaP) mineral phase was achieved by limiting the availability of CaGP to specific parts of the GG sample. Therefore, mineralization of GG was facilitated by the diffusion of CaGP, causing the formation of the CaP gradient. The distribution of CaP was analyzed along the cross section of the GG. The formation of a CaP gradient was mainly affected by the mineralization time and the ALP concentration. The formation of CaP was confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy and mapping, as well as energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) mapping of the interphase. The microstructure of mineralized and non-mineralized parts of the material was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) showing sub-micrometer CaP crystal formation, resulting in increased surface roughness. Compression tests and rheometric analyzes showed a 10-fold increase in stiffness of the GG mineralized part. Concomitantly, micromechanical tests performed by AFM showed an increase of Young’s modulus from 17.8 to more than 200 kPa. In vitro evaluation of biphasic scaffolds was performed in contact with osteoblast-like MG-63 cells. The mineralized parts of GG were preferentially colonized by the cells over the non-mineralized parts. The results showed that osteochondral scaffolds of the desired structure and properties can be made from GG using a diffusion-limited enzymatic mineralization method.

2

Computational intelligence based design of biomaterials

Vinoth Arulraj, Datta Shubhabrata

Computer Methods in Materials Science

|

2022

|

Vol. 22, No. 4

229--262

EN

This paper presents an overview of the applications of computational intelligence techniques, viz. artificial neural networks, fuzzy inference systems, and genetic algorithms, for the design of biomaterials with improved performance. These techniques are basically used for developing data-driven models and for optimization. The paper introduces the domain of biomaterials and how they can be designed using computational intelligence techniques. Then a brief description of the tools is made, followed by the applications of the tools in various domains of biomaterials. The applications range in all classes of materials ranging from alloys to composites. There are examples of applications for the surface treatment of biomaterials, materials for drug delivery systems, materials for scaffolds and even in implant design. It is found the tools can be effectively used for designing new and improved biomaterials.

3

The influence of biomaterial in the binder composition on the quality of reclaim from furan no-bake sands

Major-Gabryś Katarzyna, Hosadyna-Kondracka Małgorzata, Skrzyński Mateusz, Stachurek Iwona

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 4

163--177

EN

The aim of this paper is to determine the influence of biomaterial in the binder composition on the quality of reclaim from furan no-bake sands. The biomaterial is introduced into the moulding sand in order to accelerate the biodegradation of post-regeneration dust and thus to reduce the amount of harmful waste from foundries in landfills. This addition, however, can’t deteriorate the technological properties of the moulding sand, including its ability to mechanical regeneration. Chemically bonded moulding sands are characterized by high ability to mechanical regeneration, which reduces the consumption of the raw material and costs related to their transport and storage. A side effect of the regeneration process is the formation of a large amount of post-regeneration dusts. According to the tendencies observed in recent years, moulding processes must meet high requirements connected to environmental protection including problems related to the disposal of generated wastes. A partial replacement of synthetic binding materials with biomaterials may be one of scientific research directions on the production of innovative foundry moulding and core sands. The conducted regeneration tests presented in this paper initially proved that biomaterial slightly decreases the quality of reclaim from moulding sand with its addition. However, its ability to regeneration increases with time of the process. In previous research authors tested biodegradability of the dust remaining after the regeneration process. The tests proved that moulding sand with biomaterial added at the stage of the production process is characterized by about three times better biodegradability than the same moulding sand without additive.

PL

Tematem niniejszej pracy jest określenie wpływu dodatku biomateriału (PCL) do spoiwa na jakość regeneratu z samoutwardzalnych mas furanowych. Zadaniem biomateriału jest przyspieszenie biodegradacji pyłów poregeneracyjnych i tym samym doprowadzenie do zredukowania na składowiskach ilości szkodliwych odpadów pochodzących z odlewni. Dodatek ten nie może jednak pogarszać właściwości technologicznych masy, w tym jej zdolności do regeneracji mechanicznej. Autorzy przeprowadzili proces regeneracji mechanicznej, a następnie badaniom poddali regeneraty z mas formierskich utwardzanych chemicznie przeznaczonych do produkcji wielkogabarytowych odlewów żeliwnych. Odlewy żeliwne znajdują szerokie zastosowanie w motoryzacji, transporcie morskim i kolejowym, w energetyce, rolnictwie oraz budownictwie. Produkcja odlewu wielkogabarytowego o złożonym kształcie, charakteryzującego się wysoką jakością przy zachowaniu wymaganych właściwości użytkowych, obejmuje wiele etapów procesu produkcyjnego. Jednym z nich jest odpowiedni dobór technologii mas formierskich i rdzeniowych. Masy formierskie i rdzeniowe wykorzystywane są do produkcji odlewów w około 80% wszystkich odlewni. Największą ilość odpadów wytwarzanych w odlewniach stanowi zużyta masa formierska / rdzeniowa i sięga ona czasem nawet 90%. Przyjmuje się, że średnio z 1 Mg odlewów powstaje 0,6-1,0 Mg zużytej masy [4, 5], a według [2] do wyprodukowania 1 kg odlewu potrzeba około 4 kg masy formierskiej. Światowa produkcja odlewów wynosi około 100 mln Mg [2, 6], w tym odlewy żeliwne w masach formierskich utwardzanych chemicznie w ilości 30 mln Mg, co przy założeniu stopnia regeneracji na poziomie 40-50% daje 15-18 mln Mg zużytego piasku [4]. Prezentowany w pracy temat poświęcony jest materiałom pochodzącym z procesu odlewania do form piaskowych wykonanych z piasku kwarcowego ze spoiwem organicznym na bazie żywicy modyfikowanej alkoholem furfurylowym, utwardzanej mieszaniną kwasów zawierających siarkę.

4

A review of fabrication polymer scaffolds for biomedical applications using additive manufacturing techniques

Szymczyk-Ziólkowska Patrycja, Labowska Magdalena Beata, Detyna Jerzy, Michalak Izabela, Gruber Piotr

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2020

|

Vol. 40, no. 2

624--638

EN

This paper presents the current state-of-the art of additive manufacturing (AM) applications in the biomedical field, especially in tissue engineering. Multiple advantages of additive manufacturing allow to precise three-dimensional objects fabrication with complex struc-ture using various materials. Depending on the purpose of the manufactured part, different AM technologies are implemented, in which a specific material can be utilized. In the biomedical field, there are used several techniques such as: Binder Jetting, Material Extru-sion, Material Jetting, Powder Bed Fusion, Sheet Lamination, Vat Polymerization. This article focuses on the utilization of polymer materials (natural and synthetic) taking into account hydrogels in scaffolds fabrication. Assessment of polymer scaffolds mechanical properties enables personalized patient care, as well as prevents damage after implantation in human body. By controlling process parameters it is possible to obtain optimised mechanical properties of manufactured parts.

5

Intrinsic cellulosic fiber architecture and their effect on the mechanical properties of hybrid composites

NagarajaGanesh B., Rekha B.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2020

|

Vol. 20, no. 4

406--417

EN

This study is mainly focused on the intrinsic fiber parameters and their influence on the mechanical properties of the hybrid composites. Cellulosic fibers are extracted from mesocarp of Cocos nucifera fruit and outer mat of Luffa cylindrica fruit. The inherent fiber parameters such as fiber diameter, lumen diameter, cell wall thickness are observed under light microscope. Micro-fibrillar angle is found using X-ray diffraction technique. Three varieties of hybrid polymer composite samples are fabricated using Cocos nucifera and Luffa cylindrica fibers as reinforcements in the ratio 2:1, 1:1 and 1:2 respectively employing hand layup technique with their combined weight maintained as 30%. Significant response in the Load Vs Deflection curve and mechanical properties of the hybrid composites are found attributing to the difference in the respective weight proportion of the constituent fibers in the hybrid composite system. Results exemplify that the hybrid composite sample comprising Cocos nucifera and Luffa cylindrica fibers in the ratio 1:2 capitulates the maximum flexural strength and impact strength of 31.05 MPa and 14.24 kJ/m2 respectively when compared with other hybrid composites. The reason for the difference in mechanical strength of hybrid composite samples containing two different fibers is found to be related to the built-in architecture and physical characteristics of the constituent fibers. The morphology of the fractured samples are examined and reported. It is concluded that properties of hybrid composites can be tailor made depending upon the requirements either by using the Cocos nucifera fibers to impart ductility or Luffa cylindrica fibers to impart brittleness.

6

Opracowanie i charakterystyka biokompozytu z chitozanu i bioszkła dotowanego ZnO

Ciołek L., Biernat M., Jaegermann Z., Tymowicz-Grzyb P., Jastrzębska A., Olszyna A.

Szkło i Ceramika

|

2018

|

R. 69, nr 6

17--20

PL

W pracy przedstawiono oczekiwania i wymagania stawiane podczas projektowania biomateriałów stosowanych jako wypełnienia ubytków tkanki kostnej. Jako przykład złożoności procesu opracowywania wykorzystano wyniki badań, których celem było wytworzenie i wstępna ocena właściwości fizykochemicznych porowatych biokompozytów na bazie roztworów chitozanu oraz bioszkła z układu CaO-SiO2-P2O5 dotowanego ZnO. Wytworzone biokompozyty mają odpowiednio dobrany skład chemiczny i optymalny do osteointegracji, średni wymiar porów. Wyniki badań SEM-EDS po inkubacji w SBF potwierdzają zdolność do bioaktywności. Jednak, aby opracowane biokompozyty mogły być rozważane jako materiały do wypełniania ubytków tkanki kostnej wymagają one dalszych badań, zalecanych w normie ISO 10993-1.

EN

The paper presents the expectations and requirements for designing of biomaterials used for filling bone tissue defects. Results of the research on preparation and preliminary assessment of physicochemical properties of porous biocomposites based on chitosan solutions and bioglass from the ZnO-doped CaO-SiO2-P2O5 system were used as an example of the complexity of the design process. The obtained biocomposites have a properly prepared chemical composition and an average pore size, optimal for osteointegration. The results of SEM-EDS studies after incubation in SBF confirm the ability to bioactivity. However, for considering the developed biocomposites as materials for filling bone defects, further research in accordance with ISO 10993-1 is required.

7

Analysis of Openwork Knitwear Used for Hernia Mesh Manufacturing

Draczyński Z., Gajek M., Mikołajczyk Z., Modrzejewska Z., Sujka W.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2018

|

Vol. 26, no. 6 (132)

77--86

EN

The paper presents research aimed at the production of mesh implants used in the treatment of abdominal hernias: knitted monofilament fabric, optimal pore diameter min. 75 μm, preferably over 1 mm, mass per unit area – less than 35 g/m2. The influence of differentiation factors on mechanical parameters of the knitted fabrics was analysed. Seven variants were produced varying in the weave, linear mass of yarn and accuracy. The knitted fabrics were subjected to thermal or thermo-mechanical treatment in a two-stage process. The data obtained were analysed using parametric statistical tests. It was shown that in order to obtain an appropriate ratio of surface mass to mechanical strength at the break/size of pores, it is necessary to use a braid which allows to obtain uniformity of the pores. The braid shall be made of low-precision material and of extra linear mass. It is possible to model the strength parameters with the help of the accuracy and/or thermal treatment. The treatment has less influence on the strength parameters. The use of mechanical treatment during thermal stabilisation significantly affects the elasticity of the knitted fabric without having a significant impact on the strength of the knitted fabric.

PL

Przedstawiono badania, mające na celu wytworzenie implantów siatkowych stosowanych do leczenia przepuklin brzusznych: dzianiny z monofilamentu, optymalna średnica porów min. 75 μm korzystnie powyżej 1 mm, masa powierzchniowa poniżej 35 g/m2. Przeanalizowano wpływ czynników różnicujących na parametry mechaniczne opracowanych dzianin. Wytworzono 7 wariantów z rozróżnieniem ze względu na zastosowany splot, masę liniową przędzy i ścisłości. Dzianiny poddano obróbce termicznej lub termiczno-mechanicznej w dwuetapowym procesie. Uzyskane dane przeanalizowano z zastosowaniem parametrycznych testów statystycznych. Wykazano, że w celu uzyskania odpowiedniego stosunku masy powierzchniowej do wytrzymałości mechanicznej na zerwanie / wielkość porów, należy zastosować splot umożliwiający uzyskanie równomiernego ażuru. Splot powinien być wykonany z zastosowaniem niskiej ścisłości oraz przędzy o zwiększonej masie liniowej. Możliwe jest modelowanie parametrów wytrzymałościowych za pomocą ścisłości i/lub temperatury obórki. Obórki te w mniejszy sposób wpływają na parametry odkształceniowe. Zastosowanie obróbki mechanicznej podczas stabilizacji termicznej w sposób istotny wpływa na odkształcenie dzianiny bez znaczącego wpływu na zmianę wytrzymałości dzianiny.

8

Ocena powtarzalności czystości metalurgicznej łuków ortodontycznych

Koczkodon K., Grygier D.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2018

|

z. 15

13--20

PL

Materiały metaliczne przeznaczone do produkcji aparatów ortodontycznych powinny posiadać następujące cechy: wysokie właściwości mechaniczne i fizykochemiczne, biokompatybilność i jednorodność struktury. Bardzo ważnym aspektem jest również ich stopień zanieczyszczenia wtrąceniami niemetalicznymi. Wyniki badań prezentowanych w pracy wykazały dużą różnorodność w zakresie czystości metalurgicznej materiału badanych drutów, mogącej wskazywać, iż w analizowanej partii łuków znajdują się produkty pochodzące z różnych wytopów, znacząco różniące się jakością wykonania.

EN

The metallic materials designed to production of braces possess following features: high mechanical and physicochemical proprieties, biocompatibility and homogeneity of structure. Very important point is also degree non-metallic inclusion. The results of investigations presented in work show the large diverseness of metallurgical cleanness of studied wires material, which lead that various product could coming from different melting, non-uniform with quality of realization.

9

Skład chemiczny, ultrastruktura oraz cytotoksyczność hybrydowych hydrożeli alginianowo-chitozanowych przeznaczonych dla inżynierii tkankowej

Nowak U., Mucha A.

Przemysł Chemiczny

|

2016

|

T. 95, nr 8

1559--1562

PL

Zbadano wpływ wybranych parametrów fizykochemicznych oraz stopnia cytotoksyczności hydrożeli alginianowo-chitozanowych na mezenchymalne komórki macierzyste wyizolowane z tkanki tłuszczowej (ASC). Wybrano trzy rodzaje biomateriałów (ANa:C, ANa:3C, 3ANa:C) różniące się stosunkiem zawartości alginianu sodu do chitozanu. Przeprowadzone analizy wykazały, że biomateriał hybrydowy alginanowo-chitozanowy (ANa:C) w stosunku 3:1 charakteryzował się obecnością porów o największej średnicy oraz był najmniej toksyczny dla komórek macierzystych hodowanych w ich obecności. 3ANa:C również stymulował komórki ASCs do szybszej proliferacji w odniesieniu do pozostałych grup (ANa:3C, ANa:C oraz grupy kontrolnej). Otrzymane wyniki stanowią cenne źródło informacji w inżynierii tkankowej w kontekście projektowania rusztowań 3D (skafoldów) na bazie alginianów dla celów inżynierii biomateriałowej.

EN

Na alginate and chitosan-derived hydrogels were prepd. in presence of lactic acid and polypropylene and used for stimulation of adipose - derived mesenchymal stem cells. The hydrogels with alginate/chitosan ratio 3:1 showed the highest porosity, lowest cytotoxicity and a positive effect on the cell proliferation.

10

Genotoksyczność antybakteryjnych bioszkieł wytworzonych metodą zol-żel wobec Salmonella typhimurium

Jadczyk P., Umińska-Wasiluk B., Ciołek L., Karaś J., Olszyna A.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 135

21--27

PL

Problemem w stomatologii są choroby przyzębia. W zaawansowanej fazie tej choroby konieczna jest chirurgiczna interwencja z zastosowaniem odpowiednich biomateriałów dla regeneracji tkanek. Dlatego celem tej pracy było określenie genotoksyczności potencjalnych biomateriałów w postaci bioszkła glinokrzemianowego (B-I) oraz bioszkieł wapniowokrzemianowych (Z-5 i Z-8) wobec Salmonella typhimurium TA 98 i TA 100 w mikropłytkowym teście rewersji mutacji. Bioszkła ekstrahowano w 10 cm3 dimetylosulfotlenku (DMSO), wytrząsając przy 250 rpm po 2 g bioszkieł B-I i Z-8 oraz 1 g bioszkła Z-5 przez 72 h w temperaturze 37°C. Ekstrakty bioszkieł wprowadzano do testu w postaci roztworów w DMSO. Rozcieńczano je połowicznie, tak aby w czasie ekspozycji uzyskać dawki bioszkieł B-I i Z-8: 0,25-8,0 mg/cm3 a bioszkła Z-5: 0,125-8,0 mg/cm3. Wykonano testy bez i z aktywacją metaboliczną 30% frakcją S9. Bioszkło B-I powodowało rewersję mutacji w szczepie TA 100 w obecności frakcji S9. Pozwala to wnioskować, że bioszkle B-I występowały mutageny pośrednie powodujące powstawanie mutacji podstawiania par zasad na wykrywanie których pozwala szczep TA100. Dane literaturowe wskazują, że mogło to być następstwem łącznego działania składników tego bioszkła oraz pozostałości substratów użytych do ich wytworzenia. Nie zawierało ono mutagenów bezpośrednich powodujących powstawanie mutacji podstawiania par zasad ani mutagenów bezpośrednich i pośrednich powodujących powstawanie mutacji zmiany fazy odczytu, na wykrywanie których pozwala szczep TA98. Bioszkła Z-5 i Z-8 nie powodowały rewersji mutacji wobec żadnego ze stosowanych szczepów testowych. Uzyskane wyniki pozwalają rekomendować bioszkła Z-5 i Z-8 do dalszych badań poprzedzających ich kliniczne zastosowanie. Bioszkło B-I nie powinno być stosowane w chirurgicznym leczeniu chorób przyzębia.

EN

Periodontal disease causes problems in dentistry. Surgical intervention with appropriate biomaterials for tissue regeneration is necessary in advanced stages of the disease. Therefore, the aim of this study was to determine the genotoxicity of potential biomaterials in the form of aluminosilicate bioglass (B-I) and calciumsilicate bioglasses (Z-5 and Z-8) for Salmonella typhimurium TA 98 and TA 100 in the microplate reverse mutation test. The bioglasses were extracted with 10 cm3 of dimethyl sulfoxide (DMSO), shaken at 250 rpm for 2 g of B-I and Z-8 bioglass and 1 g of Z-5 bioglass for 72 h at 37°C. Extracts of bioglasses were introduced to the test in the form of solutions in DMSO. They were partially diluted, so that during the exposure 0.25-8.0 mg/cm3 dose of B-I and Z-8 bioglasses and 0.125-8.0 mg/cm3 dose of Z-5 bioglass were obtained. Tests were carried out with and without metabolic activation at 30% of S9 fraction. B-I bioglass caused a reversion of mutations in the TA 100 strain in the presence of S9 fraction. This suggests that indirect mutagens occurred in B-I bioglass that cause base substitution mutations, which TA100 strain detect. Literature data suggests that this could be a consequence of the combined effect of the components of this bioglass and the remains of the substrates used to produce them. Z-5 and Z-8 bioglasses did not result in the reversion of the mutation against any of the test strains used. The results indicate that there should be further study of Z-5 and Z-8 bioglasses prior to their clinical application, and that B-I bioglass should not be used in the surgical treatment of periodontal disease.

11

Boundary integral equations for an anisotropic bimaterial with thermally imperfect interface and internal inhomogeneities

Sulym H., Pasternak I., Tomashivskyy M.

Acta Mechanica et Automatica

|

2016

|

Vol. 10, no. 1

66--74

EN

This paper studies a thermoelastic anisotropic bimaterial with thermally imperfect interface and internal inhomogeneities. Based on the complex variable calculus and the extended Stroh formalism a new approach is proposed for obtaining the Somigliana type integral formulae and corresponding boundary integral equations for a thermoelastic bimaterial consisting of two half-spaces with different thermal and mechanical properties. The half-spaces are bonded together with mechanically perfect and thermally imperfect interface, which model interfacial adhesive layers present in bimaterial solids. Obtained integral equations are introduced into the modified boundary element method that allows solving arbitrary 2D thermoelacticity problems for anisotropic bimaterial solids with imperfect thin thermo-resistant interfacial layer, which half-spaces contain cracks and thin inclusions. Presented numerical examples show the effect of thermal resistance of the bimaterial interface on the stress intensity factors at thin inhomogeneities.

12

Biomateriały implantacyjne dotowane srebrem – próby wstępne. Cz.1 – Materiały gipsowe

Jaegermann Z., Michałowski S., Ciołek L., Wiśniewski Z.

Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

|

2015

|

R. 8, nr 22

23--33

PL

Celem prac nad implantacyjnymi biomateriałami dotowanymi srebrem było opracowanie wstępnych założeń otrzymywania materiałów gipsowych i kalcytowych wykazujących działanie bakteriobójcze. Opis wyników prowadzonych prac podzielono na dwie części, które ukażą się w kolejnych numerach czasopisma. Istotą zadania opisanego w niniejszym artykule było dobranie sposobu dotowania materiałów gipsowych nanocząstkami srebra i przeprowadzenie badań skuteczności przeciwbakteryjnej otrzymanych materiałów. Do przygotowania materiałów gipsowych wykorzystano półwodny siarczan wapnia odmiany α oraz roztwory koloidalne srebra. Przygotowano pięć rodzajów próbek gipsowych i przeprowadzono badania ich właściwości fizycznych. Badania skuteczności przeciwbakteryjnej dla wybranych próbek przeprowadzono metodą rozcieńczeń z wykorzystaniem pałeczki ropy błękitnej Pseudomonas aeruginosa i gronkowca złocistego Staphylococcus aureus. Wyniki przeprowadzonych wstępnych badań wykazały, że zastosowana metoda otrzymywania materiałów gipsowych zawierających srebro daje szansę na uzyskanie materiałów wykazujących działanie przeciwbakteryjne w stosunku do użytych mikroorganizmów. Udowodniono również, że działanie przeciwbakteryjne badanych próbek zależy zarówno od ich składu chemicznego, jak i od rodzaju użytych bakterii.

EN

The aim of the work on implant biomaterials containing silver was to develop initial assumptions on the production of gypsum and calcite materials showing bactericidal effect. The description of results was divided into two parts, which will appear in consecutive issues of the magazine. The essence of the research described in this article consisted in choosing the method of adding of silver nanoparticles to gypsum material, as well as in testing antimicrobial efficacy of the materials obtained. Calcium sulfate hemihydrate and colloidal silver solutions were used for the preparation of gypsum implants. Five types of gypsum samples were prepared and their physical properties were tested. Antimicrobial activity studies of selected samples were performed by dilution method using Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus. The results of preliminary studies have shown that the method of silver doping of gypsum materials is a way of obtaining implants with antibacterial activity, in the case of microorganisms used in the research. It was also shown that the antibacterial effect of test samples depended on both the chemical composition and the type of bacteria applied.

13

Biomateriały implantacyjne dotowane srebrem – próby wstępne. Cz.2 – Materiały kalcytowe

Jaegerman Z., Michałowski S., Ciołek L., Wiśniewski Z.

Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

|

2015

|

R. 8, nr 23

28--38

PL

Niniejszy artykuł jest kontynuacją opisu badań biomateriałów dotowanych srebrem, który został zamieszczony w poprzednim (22) numerze „Prac Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych”. Głównym celem prac badawczych było opracowanie wstępnych założeń otrzymywania wszczepialnych materiałów kalcytowych wykazujących działanie przeciwbakteryjne. Do przygotowania materiałów kalcytowych wykorzystano tworzywo ceramiczne na bazie węglanu wapnia, a jako źródła nanosrebra użyto dwóch rodzajów bioszkieł ze srebrem, opracowanych w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych. Do badań przygotowano 8 próbek tworzyw kalcytowych zawierających różne ilości bioszkieł. Oznaczono ich gęstość pozorną, porowatość całkowitą i wytrzymałość na ściskanie. Wykonano badania mikrostruktury przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego oraz badania działania przeciwbakteryjnego z wykorzystaniem bakterii Pseudomonas aeruginosa oraz Staphylococcus aureus. Przeprowadzone badania pokazały, że zarówno ilość, jak i rodzaj dodawanego bioszkła mają wpływ na właściwości fizyczne materiałów. Obserwacje mikrostruktury materiałów zawierających bioszkła wykazały, że ziarna bioszkieł w temperaturze spiekania materiału kalcytowego (510°C) nie łączą się z ziarnami kalcytowymi. Zjawisko to może być jedną z przyczyn obniżania wytrzymałości na ściskanie ze wzrostem zawartości bioszkła w materiale. Wyniki badania bakteriobójczości wskazały na zdecydowane obniżenie ilości bakterii dla obu materiałów kalcytowych w stosunku do hodowli kontrolnej w każdym okresie inkubacji. Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowana metoda dotowania materiałów kalcytowych srebrem pozwala na otrzymanie materiałów wykazujących działanie przeciwbakteryjne.

EN

The article is the continuation of description of research on silver containing biomaterials, published in the previous issue of „Prace ICiMB”. The main objective of the research was to develop initial assumptions on the production of calcite implants showing antibacterial activity. Ceramic material based on calcium carbonate, as well as two types of silver containing bioglasses developed in ICiMB were used in the preparation of calcite materials. Eight test calcite samples containing different amounts of bioglasses were prepared. Apparent density, total porosity and compressive strength were determined. Analysis of materials microstructure using scanning electron microscopy and study of antimicrobial activity using Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus bacteria were performed. The studies showed that both the content and type of bioglass affect the physical properties of the materials. Microscopic observations showed that grains of bioglass do not sinter in the temperature of 510°C, that corresponds to the sintering temperature of calcite material. This phenomenon can be one of the reasons that compressive strength decreases with the increase of the content of bioglass in the material. Analysis of bactericidal effect showed a significant reduction of the bacteria count for both calcite materials in comparison to the control culture, at all periods of incubation. The results of the study have shown that the method of silver doping of calcite materials allows to obtain implants with antibacterial activity.

14

Scaffolds for tissue engineering

Pluta K., Malina D., Sobczak-Kupiec A.

Czasopismo Techniczne. Chemia

|

2015

|

R. 112, z. 1-Ch

89--97

EN

The paper presents the current trends in medicine of regenerative tissue defect caused by resection of tumors or fractures. Although it is a relatively young field of science, it creates new possibilities for the reconstruction of pathologically altered tissue with the use of three-dimensional scaffolds. Tissue engineering places particular emphasis on the type of scaffold from which they are made because of a number of requirements of medical materials including biocompatibility, mechanical strength and porosity.

PL

Artykuł przedstawia trendy panujące w medycynie w regeneracji ubytków tkankowych powstałych na skutek resekcji nowotworów bądź złamań, skupione na wykorzystaniu inżynierii tkankowej. Ta stosunkowo młoda dziedzina nauki stwarza nowe możliwości odbudowy patologicznie zmienionych tkanek z wykorzystaniem trójwymiarowych rusztowań – skafoldów. Inżynieria tkankowa kładzie szczególny nacisk na rodzaj materiału, z jakiego produkowane są skafoldy, gdyż musi on spełniać szereg wymagań, m.in. biozgodność, wytrzymałość mechaniczna i porowatość.

15

Application and evaluation of layered silicate–chitosan composites for site specific delivery of diclofenac

Kevadiya B. D., Rajkumar S., Bajaj H. C.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2015

|

Vol. 35, no. 2

120--127

EN

The present study focuses on the in situ intercalation of anionic drug (diclofenac sodium, DS) and cationic polymer, Chitosan (CS) in montmorillonite (MMT) for drug release applications. The prepared DS/CS-MMT composites were further compounded with alginate (AL) to form beads to modify release response in gastric juice. The DS/CS-MMT composites were characterized by UV spectroscopy, XRD, FT-IR, TGA and DSC. Antibacterial assay of drug loaded composites was investigated and in vitro cell viability assay results point out the drug encapsulated in clay plates are less toxic to the cell than pristine drug. The in vitro release experiments revealed that the DS was released from DS/CS-MMT/AL in a controlled and pH dependent manner.

16

Modification of the Structure and Properties of the Titanium Alloy Ti6Al4V in Biomedical Applications

Klimas J., Łukaszewicz A., Szota M., Nabiałek M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

2013--2018

EN

From the time when Per-Ingvar Brånemark discovered oseointegration properties of titanium in 1952 a large-scale studies on the issue of usability this metal in surgery were started. Thanks to the parallel research conducted on independent centers managed to get a number of metal alloys which were implanted into the human body in the form of implants. Among the alloys produced appeared alloy of aluminum and vanadium Ti6Al4V. The mechanical properties, high biocompatibility, low density and for this relatively low-cost, caused that the alloy began to be used as a material for biomedical applications. In the present article analyzed the possibility of modifying the properties of the alloy, by choosing another method of producing – method of injection casting with suction. A comparative analysis of the input material - the alloy commercially produced in the form of a rod of the same material melted by injection under vacuum and in air were carried out. The studies results indicate that using method of injection casting with suction to produce the final item influence on significant improvement in mechanical properties as a result of fragmentation of the grains at the element surface. The mechanical properties play a key role in a tissue-implant-bone system.

PL

Od 1952roku, kiedy to Per-Ingvar Brånemark odkrył osteointegracyjne właściwości tytanu, rozpoczęto w znacznym stopniu badania w kwestii przydatności tego metalu w chirurgii. Poprzez badania prowadzone przez kilka niezależnych ośrodków naukowo - badawczych w organizm człowiek wszczepiono szereg stopów metali w postaci implantów. Wśród wszczepianych stopów pojawił się Ti6Al4V, którego charakteryzują bardzo dobre właściwości mechaniczne, wysoka zgodność biologiczna, niska gęstość przy stosunkowo niskiej cenie. Spowodowało to, że stop ten zaczął być używany jako materiał do zastosowań biomedycznych. W niniejszym artykule przeanalizowano możliwość modyfikowania właściwości stopu, poprzez zmianę metody wytwarzania, wtłaczania w atmosferze próżni lub w powietrzu. Przeprowadzono analizę porównawczą materiału wyjściowego - stopu, jaki wytwarza się komercyjnie w przemyśle w postaci prętów, a materiału uzyskanego metodą wtłaczania z zastosowaniem próżni oraz w powietrzu. Wyniki badań wykazują, że zastosowanie metody wtłaczania wpływa na znaczącą poprawę właściwości mechanicznych w wyniku rozdrobnienia ziaren na powierzchni elementu. Właściwości mechaniczne odgrywają istotną rolę w połączeniach: tkanka - implant - kość.

17

Characterization Of The Graded Microstructure In Powder Sintered Porous Titanium

Oak J.-J., Bang J. I., Bae K.-C., Kim Y. H., Lee Y. C., Chun H. H., Park Y. H.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2B

1265--1269

EN

The proposed sintering process produce porosity and functional graded microstructure in the sinterd titanium powders. Titanium powders with different micro sizes were sintered at the proposed temperature region at 1200 and 1300°C for 2h. The apatite-forming on the graded microstructure is observed by immersion test in Hanks balanced salt soluion at 37°C. Sintering condition of titanium powders is estimated by thermogravitmetry-differential thermal analysis (TG-DTA). The synthersied surface structures and apatite-forming ability were characterized by a field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) observation and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis. As results, these graded microstructure of sintered porous titanium powders reveals apatite-forming ability as osseointegration by calcification in Hanks balanced salt soluion(HBSS) at 37°C.

18

Ti6Al4V titanium alloy used as a modern biomimetic material

Dobrzańska-Danikiewicz A. D., Gaweł T. G., Wolany W.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2015

|

Vol. 76, nr 2

150--156

EN

Purpose: The principal aim of the article is to characterise titanium alloy Ti6Al4V as a biomimetic material. The work presents in particular the application of this alloy in regenerative/aesthetic medicine for implants of craniofacial elements against other its other applications in various branches of industry. The article presents a rapid manufacturing (RM) method of fabrication of elements to be used as implants from Ti6Al4V powder. It was demonstrated that the scaffolds created in Selective Laser Melting (SLM) have strictly defined geometric dimensions of an object and open pores, and the pores are regular and repeat within the whole volume of the object. Design/methodology/approach: Scanning electron microscopy was applied for showing the structure of innovative biomimetic materials made of Ti6Al4V powder. Findings: It was confirmed in SEM examinations that the structure of laser-sintered objects consists, within its entire volume, of regularly occurring pores with strictly specified geometric dimensions. Practical implications: Biomimetic materials can be used in regenerative/aesthetic medicine as implants. The purpose of the scaffolds produced is to enable the growth of soft tissue or bone tissue in craniofacial elements. Originality/value: Biomimetic materials can be used in regenerative/aesthetic medicine as implants. The purpose of the scaffolds produced is to enable the growth of soft tissue or bone tissue in craniofacial elements.

19

Obrazowanie trójwymiarowych rusztowań kostnych zasiedlonych komórkami macierzystymi

Szlązak K., Chlanda A., Rębiś J., Idaszek J., Kublik Ż., Jaroszewicz J., Woźniak M. J., Święszkowski W.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2014

|

[R.] 20, nr 1 (157)

100--109

PL

W pierwszym etapie niniejszej pracy wytworzono i zasiedlono agregatami komórek macierzystych innowacyjne biomateriały. Rusztowania wykonano z mieszaniny poli(3-hydroksymaślanu-ko-3-hydroksywalerianu) (PHBV), poli(L-laktydu-ko-glikolidu) (PLGA) oraz trójfosforanu wapnia (TCP). W drugim etapie pracy, scharakteryzowano wytworzone biomateriały wykorzystując techniki rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej z użyciem środka kontrastującego. Poddano je także analizie powierzchniowej przy pomocy mikroskopu sił atomowych. Wyniki odniesiono do materiału referencyjnego, którym były rusztowania wykonane z PHBV i PLGA. Mikrotomografia komputerowa zapewniła wnikliwą ocenę struktury rusztowań kostnych. Oprócz obrazowania komórek macierzystych umożliwiła obserwację mikrostruktury w całej objętości badanego materiału w 3D. Kolejną techniką szeroko stosowaną do badań rusztowań polimerowych była mikroskopia sił atomowych. Umożliwiła ona wizualną ocenę topografii badanych materiałów oraz analizę ich chropowatości. Wytworzone rusztowania kostne miały odpowiednie parametry dla proliferacji komórek macierzystych. Wyniki niniejszej pracy wykazały, że tomografia komputerowa jest odpowiednim narzędziem do obrazowania komórek macierzystych zasiedlonych na porowatych biomateriałach. Dodatkowo stwierdzono, że specjalnie modyfikowane sondy skanujące umożliwiły dokładniejszy w stosunku do standardowych pomiar chropowatości powierzchni rusztowań.

EN

The first stage of this study involved the preparation and seeding of innovative biomaterials with stem cell Scaffolds through a mixture of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroksy-valerat) (PHBV), poly (L-lactide-co-glycolide) (PLGA) and tricalcium phosphate (TCP). In the second stage, biomaterials were characterized using a X-ray computed microtomography (CT) with a contrast agent. They were also subjected to surface analysis using atomic force microscopy. The results were compared to the reference material, of a PHBV/PLGA composite scaffold. The computed microtomography ensured rigorous assessment of the bone scaffold structure. Apart from stem cell imaging it also enabled the observation of the microstructure in the entire volume of the material in 3D. Another technique used to study polymeric scaffold was atomic force microscopy (AFM). It allowed for the visual assessment of the topography of the tested materials, as well as the analysis of their surface roughness. The tested bone scaffolds showed appropriate parameters for stem cell proliferation. The results of this study indicated that tomography is a suitable tool for the imaging of stem cell seeding on porous biomaterials. In addition, we couclude that specially modified scanning probes enabled more accurate surface roughness measurements.

20

Badania właściwości fizykochemicznych i cytotoksyczności in vitro bioszkieł dotowanych Mg, Sr, Au

Ciołek L., Karaś J., Olszyna A., Zaczyńska E., Czarny A.

Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

|

2014

|

R. 7, nr 16

17--28

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wytworzonych bioszkieł w układzie CaO-SiO2-P2O5 dotowanych Mg lub Sr, lub Au. W ramach przeprowadzonych badań określono morfologię otrzymanych bioszkieł, a także ich bioaktywność w warunkach in vitro oraz oddziaływanie cytotoksyczne na komórki L929. Ponadto, bioszkło dotowane Au poddano badaniu przy użyciu mikroskopu transmisyjnego z analizą EDS. Stwierdzono, że wytworzone bioszkła in vitro w kontakcie z symulowanym płynem fizjologicznym (SBF) są bioaktywne oraz nie oddziałują cytotoksycznie na komórki L929

EN

This paper presents the results of research on bioglasses in the system CaO-SiO2-P2O5 doped with Mg, Sr and Au. Within the study the morphology of the bioglasses and in vitro bioactivity and cytotoxic effect on L929 cells were determined. Au doped bioglass was examined using transmission electron microscopy with EDS analysis. It was found that the produced bioglasses were bioactive in contact with simulated body fluid (SBF) and were no toxic on L929 cells in vitro tests.