Diamantu podobný uhlík pro pokrytí kloubních náhrad - FBMI
Diamantu podobný uhlík pro pokrytí kloubních náhrad - FBMI
Diamantu podobný uhlík pro pokrytí kloubních náhrad - FBMI
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
České vysoké učení technické v Praze<br />
Fakulta biomedicínského inženýrství<br />
<strong>Diamantu</strong> podobné <strong>uhlík</strong>ové vrstvy<br />
<strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong><br />
Ing. Petr Písařík petr.pisarik@fbmi.cvut.cz<br />
Kladno Listopad 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Cíl práce<br />
Docílení zlepšení biokompatibility a<br />
životnosti dnes používaných implantátů<br />
Jak toho chceme dosáhnout<br />
Použitím <strong>Diamantu</strong> podobné <strong>uhlík</strong>ové vrstvy<br />
Co je to DLC?<br />
Proč jsme se zaměřili na DLC?<br />
Kde všude se dá v lidském těle použít?<br />
Jaké jsou její nedostatky?<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Amorfní struktura<br />
Skládá se<br />
z atomů <strong>uhlík</strong>u<br />
sp 1 , sp 2 a sp 3<br />
hybridizovaných<br />
stavech<br />
<strong>Diamantu</strong> <strong>podobný</strong> <strong>uhlík</strong><br />
Diamond-like Carbon : DLC [online]. [2004],<br />
srpen 2007 [cit. 2010-04-05].<br />
Dostupný z WWW: .<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
1 grafit<br />
2 skelný <strong>uhlík</strong><br />
3 a-C<br />
4 a-C(:H)<br />
5 ta-C<br />
6 diamant<br />
7 ta-C:H<br />
8 a-C:H<br />
9 HC polymery<br />
10 neexistující vrstvy<br />
Dělení DLC<br />
ROBERTSON, J. Diamond-like Amorphous Carbon.<br />
Materials Science and Engineering. 2002, 37, s. 129-281.<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Vysoká tvrdost<br />
Hladkost povrchu<br />
Vlastnosti DLC vrstev<br />
Nízký koeficient tření<br />
Propustnost v VIS a v IR<br />
Vysoká inertnost<br />
Biokompatibilita<br />
Hemokompatibilita<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010<br />
sp 2<br />
sp 3<br />
ROBERTSON, J. Diamond-like Amorphous Carbon.<br />
Materials Science and Engineering. 2002, 37, s. 129-281.
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Aplikace DLC vrstev<br />
Kardiologii, oftalmologii, ortopedii,<br />
neurologie, nefrologie a potahování<br />
lékařských nástrojů a zařízení<br />
HAUERT , R. A review of modified DLC coatings for biological<br />
applications. Diamond and Related Materials. 2003, 12, s. 583-589.<br />
KOCOUREK, T. Laserová depozice tenkých vrstev.<br />
Kladno, 2008. 61 s. Prezentace. ČVUT.<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Nedostatky DLC vrstvy<br />
Vliv poměru sp 3 /sp 2 vazeb na vlastnosti<br />
vrstvy<br />
Biokompatibilitu<br />
Mechanické vlastnosti<br />
Špatná adheze k biomedicínským slitinám<br />
Titanová slitina<br />
Kobaltová slitina<br />
Nerezová ocel<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Vliv poměru sp 3 /sp 2 vazeb<br />
Čtyři rozdílné poměry sp 3 /sp 2 vazeb (PLD)<br />
Poměr sp 3 /sp 2 vazeb (XAES, XPS)<br />
Morfologie a hrubost povrchu (AFM)<br />
Adheze, tvrdost (AFM)<br />
Zeta potenciál<br />
Kontaktní úhel, povrchová energie<br />
Transmise<br />
Testy in vitro – cytotoxicita vrstev, růst a<br />
adheze fibroblastů a keratinocytů<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
sp 3 [%]<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
Určení poměru sp 3 /sp 2<br />
vazeb - XAES a XPS<br />
XAES<br />
XPS<br />
y = 1,37x + 47,17<br />
y = 0,75x + 28,33<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14<br />
Hustota energie laseru [J/cm 2 ]<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Test cytotoxicity<br />
Biologické testy<br />
Test adheze a <strong>pro</strong>liferace fibroblastů a<br />
keratinocytů<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Fibroblasty<br />
BIODLC-2 (8 J/cm 2 )<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Fibroblasty<br />
BIODLC-2 (8 J/cm 2 )<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Keratinocyty<br />
BIODLC-2 (8 J/cm 2 )<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Keratinocyty<br />
BIODLC-2 (8 J/cm 2 )<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Tvrdost vrstvy [GPa]<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
Tvrdost<br />
y = 0,0925x + 7,325<br />
R² = 0,98<br />
4 (BIODLC-5) 6 8 (BIODLC-2) 10 (BIODLC-8)<br />
Hustota energie laseru [J/cm 2 ]<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Zlepšení adheze<br />
Beznoska s.r.o. a Fyzikální ústav AV ČR<br />
Titanová a kobaltová slitina<br />
Mezivrstvy<br />
Dopace<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Mezivrstvy<br />
Křemík, karbidy, nitridy, kovy<br />
Gradientní vrstvy<br />
NARAYAN, R. J.. Functionally Gradient Hard Carbon Composites for Im<strong>pro</strong>ved<br />
Adhesion and Wear. Materials Science and Engineering. 2002, 276 s.<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Dopování vrstev<br />
Vnitřní pnutí (N, Si, Ti, Cr, Co, Cu)<br />
Adheze (N, Si, Ti, Cr, Co, Cu)<br />
Měrný elektrický odpor (Au a Al)<br />
Koeficient tření (Ag, F)<br />
Povrchovou energii (Ag, F)<br />
Hemokompatibilita (Ag, F, P)<br />
Antibakteriální vlastnosti (Ag, Si)<br />
Proliferace (P, Ag, Si, N)<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
ČVUT, <strong>FBMI</strong><br />
Shrnutí<br />
Zlepšení implantátu<br />
Materiál: DLC<br />
Poměr sp 3 /sp 2 vazeb<br />
Biokompatibilita<br />
Mech. vlastnosti<br />
Adheze<br />
Potažení implantátu<br />
Beznoska s.r.o. [online]. [2010],<br />
[cit. 2010-09-05]. Dostupný z WWW:<br />
.<br />
Ing. Petr Písařík. Biokompatibilní DLC vrstvy <strong>pro</strong> <strong>pokrytí</strong> <strong>kloubních</strong> <strong>náhrad</strong>. Kladno 2010
České vysoké učení technické v Praze<br />
Fakulta biomedicínského inženýrství<br />
Děkuji za Vaši pozornost<br />
Ing. Petr Písařík petr.pisarik@fbmi.cvut.cz
Change language