Laboratoř biomateriálů a nanotechnologií

Vědecko-výzkumná laboratoř skupiny Nanokompozitní a nanokrystalické materiály pro implantologii a biomedicínu

V Laboratoři biomateriálů a nanotechnologií se zabýváme studiem zabýváme se přípravou, modfikiací a studiem a studium tenkých vrstev a nanočástic pro implantologii, tkáňové inženýrství a medicínu. Připravované materiály lze označit jako biomateriály, tj. Přírodní nebo umělé materiály určené pro použití v biotechnologiích a medicíně. Biomateriály musí splňovat požadavky na dobře fungující a dlouhodobou životnost implantátů, zejména biokompatibilitu, dobrou odolnost proti opotřebení a požadované biomechanické vlastnosti. V mnoha případech nemůže jediný materiál splnit technické požadavky a pro zlepšení fyzikálních, mechanických a biokompatibilních vlastností povlaků implantátů lze vrstvy dopovat (obohatit) dalšími prvky. V úzké spolupráci s Fyzikálním ústavem AV ČR se zabýváme těmito tématy:

• Příprava a studium tenkých vrstev materiálů pro biomedicínu
• Modifikace povrchů implantátů
• Studium interakce UV laserového záření s látkou
• Příprava nanočástic kovů a křemíku

Témata výzkumu

V laboratoři připravujeme a studujeme tenké vrstvy biokompatibilních materiálů, s využítím pro implantologii, tkáňové inženýrství a medicínu:

• Hydroxyapatit pro lepší osseointegraci implantátů jak jsou zubní nebo kyčelní náhrady
• Diamantu-podobný uhlík pro lepší biokompatibilitu (minimalizaci imunitní odpovědi a tření) implantátů jako jsou kloubní náhrady, cévní stent, srdeční chlopně
• Oxid titaničitý pro fotokatalytické aplikace a antibakteriální aplikace pro lékařské
• Stříbro pro antibakteriální aplikace na implantátech
• Organické a polymerní materiály (MAPLE technologie) pro senzory a tkáňové inženýrství Biosklo, zirkon, dopované biokompatibilní vrstvy (stříbro, molybden, chrom, titan, …), nanokrystalické a nanokompozitní vrstvy, atd.

Dále se zabýváme modifikací povrchů implantátů modifikace povrchů implantátů, studiem interakce UV laserového záření s látkou, nebo přípravou nanočástic kovů a křemíku.

Vybavení laboratoře

Měřič kontaktního úhlu Kruss DS 100

• KrF a ArF excimerové lasery Compex 205F pro přípravu vrstev metodou pulsní laserové depozice
• Mikroskop atomárních sil (Atomic Force Microscope – AFM) Solver Next (NT- MDT) pro měření topografie, elastických vlastností, adheze a mikrotvrdosti
• Přístroj pro metodu rychlého světelného žíhání (Rapid Thermal Annealing) Solaris 75 (Surface Science Integration) pro modifikaci připravených vrstev (rekrystalizace)
• Profilometr Alphastep IQ (KIA Tencor) pro měření tloušťky a drsnosti vrstev
• UV-VIS vláknový spektrometr USB2000+ (Ocean optics) s rozsahem 200-900 nm pro spektrofotometrická (transmisní i reflexní) a fluorescenční měření, včetně integrační koule pro měření difuzních povrchů a suprasilových kyvet pro UV oblast
• Termokamera FLUKE Ti-55 pro studium rozvodu tepla v materiálech a tkáních
• Vakuové interakční komory pro laserovou depozici a hybridní laserovou depozici (kombinace RF výbojů, magnetronu a laserové depozice)
• Magnetronový naprašovací systém Kurt Lesker;
• Iontový zdroj Kaufman-Robinson EH200 s maximální energií 210 eV
• UV zdroje záření (Spectroline Optimax OPX-365UV), a pro fotokatalýzu), měřiče výkonu pro UV oblast: Hamamatsu H9535 s maximem na 250 nm a International Light Technology ILT-1700 s maximem na 365 nm
• Tribometr s možností studia korozních vlastností a opotřebení (Anton Paar Tribometr s rotačním a lineárním testováním včetně možnosti testování v kapalině, doplněný o potenciostat VersaSTAT3)
• Digitální mikroskop VHX-7000 (Keyence) – 2D/3D měření, 4K rozlišení, nastavitelné zvětšení 20x až 6000x

Publikace, spolupráce a řešené projekty

Vybrané publikace

• Jelínek, et al (2017). Hybrid laser technology and doped biomaterials. Applied Surface Science, 417, 73-83
• Kocourek, et al (2017). Diamond-like carbon layers modified by ion bombardment during growth and researched by Resonant Ultrasound Spectroscopy. Applied Surface Science, 417, 213-21
• Písařík, P et al (2015) .  Influence of diamond and graphite bonds on mechanical properties of DLC thin films In Journal of Physics: Conference Series Vol. 594, No. 1, p. 012008).

Laboratoř spolupracuje se špičkovými pracovišti v České republice i v zahraničí. Mezi naše významné domácí spolupracovníky patří Fyzikální ústav AV ČR