Studentská vědecká konference

Leucitový kompozit je častým keramickým materiálem využívaným ve stomatologii. Používá se při přípravě korunek i faset. Vedle vysokoteplotních syntéz, energeticky a časově náročných, se leucit připravuje i nízkoteplotně. Zde je častou příměsí metastabilní fáze kalsilit. Cílem této práce je sledovat vliv kalsilitu na vlastnosti výsledného leucitového kompozitu. Vstupními surovinami pro přípravu leucitového prekurzoru byly práškový hliník, amorfní oxid křemičitý a roztok hydroxidu draselného. Syntéza amorfního prekurzoru probíhala v hydrotermálních podmínkách a konečný produkt - tetragonální leucit byl získán jeho kalcinací. Množství příměsi kalsilitu v produktu bylo řízeno molaritou vstupního roztoku KOH (2,5M, 3M a 4M). Vzorky kompozitu byly připraveny smícháním kalcinovaného prekurzoru (40 hmot. %) se skelnou matricí a následným lisováním a výpalem. Byly hodnoceny především mikrotvrdost, koeficient teplotní roztažnosti, povrchová struktura a morfologie vzorků.  

Bylo navrženo a utaveno 16 skel v soustavě Na₂O-CaO-P₂O₅-SiO₂, u nichž byl obsah CaO postupně nahrazován oxidy MgO nebo SrO. U skel bylo určeno jejich chemické složení metodou rtg. fluorescence a změřena jejich hydrolytická odolnost. Z těchto údajů byla vytvořena databáze skel zahrnující jejich složení a odolnost. Statistickým zpracováním za použití regresní analýzy byly vypočteny koeficienty vlivu těchto dvojmocných kationtů na odolnost. Na jejich základě je diskutován vliv dvojmocných oxidů na hydrolytickou odolnost připravených skel.

Skla vykazující luminiscenci jsou v dnešní době podrobně zkoumána a vyvíjena. V kombinaci s electro-spinningem pro přípravu nanovláken mohou mít velké uplatnění v medicíně nejen při fotodynamické terapii, například inkorporováním vláken s luminiscenčními částicemi do textilního materiálu pro léčbu rakoviny kůže, akné, ekzémů a dalších kožních onemocnění. Cílem této práce bylo připravit sklo dopované oxidy europia a germania, které se po rozemletí na submikronové částice použije s nosným polymerem pro electro-spinning za účelem vytvoření nanovláken se skelnými částicemi. Byly měřeny luminiscenční vlastnosti těchto nanovláken a jejich mikroskopická struktura.

Standardizovaný roztok simulované tělní tekutiny (SBF) dle ISO normy 23317:2014 se využívá pro testování bioaktivity (indikované schopností tvorby apatitu (HAp)) skelných, sklokeramických a keramických materiálů. V předchozích studiích na sklokeramickém scaffoldu bylo prokázáno, že pufr TRIS aktivně vstupuje do interakce materiál - SBF. Cílem této práce bylo detailněji pochopit mechanismus tvorby HAp vrstvy na vzorcích bioskla (45S5). Během statického testu byly celistvé vzorky exponovány ve standardním SBF s pufrem TRIS, a i v dalších roztocích bez pufru, po dobu jeden až 14 dní. Po expozici byly ve výluzích stanoveny koncentrace Na⁺, Ca²⁺, (PO₄)^3- a Si a měřeno pH. Dále byla sledována změna hmotnosti, provedena analýza XRD a nově vzniklá vrstva byla pozorována pomocí SEM/EDS. Výsledky potvrdily, že pufr TRIS ovlivňuje výsledky in vitro testů falešně pozitivně.

Práce se zabývá alkalicko-křemičitou reakcí (ASR) v betonech a maltovinách, která je jednou z možných příčin poruch betonových konstrukcí. Cílem bylo zkoumat vliv jednotlivých minerálních příměsí na ASR. Výsledky byly vyhodnoceny pomocí urychlené dilatační zkoušky ASTM 1260. Na počátku práce bylo nutné vyřešit otázku málo reaktivního kameniva, které neumožňovalo jednoznačně vyhodnotit, do jaké míry mají přidané příměsi vliv na ASR. Tento problém byl vyřešen přidáním skleněných střepů za část kameniva, čímž se podařilo reaktivitu zvýšit. Navíc byl studován vliv různého množství a různých frakcí skla na ASR. Hlavní experiment s minerálními příměsemi prokázal kladný efekt při eliminaci ASR u všech vyzkoušených příměsí. Největší efekt na eliminaci ASR měl vysokoteplotní popílek spolu s metakaolinem, dále pak pojivo Sorfix a nejméně účinná byla vysokopecní struska.

Ceričitá keramika má využití v oblasti palivových článků či katalyzátorů. Tepelná vodivost a mechanické vlastnosti hrají důležitou roli při těchto aplikacích. Přídavek korundu k ceričité keramice zvyšuje tepelnou vodivost a elastické moduly. Obě tyto vlastnosti lze navíc řízeně snížit parciálním slinováním nebo zvýšit až na maximální hodnoty pevných fází metodou SPS (spark plasma sintering). Tato práce se zabývá tepelnou vodivostí a elastickými vlastnostmi keramiky na bázi korundu a oxidu ceričitého. V modelovací části je provedena simulace tepelné vodivosti a Youngova modulu na počítačem generovaných mikrostrukturách parciálně slinuté kompozitní keramiky Al₂O₃-CeO₂ s 5, 25, 50, a 75 hm.% CeO₂, včetně čistých koncových členů Al₂O₃ a CeO₂ s velikosti zrn 150 a 50 nm. Korelace numerických výsledků pro relativní vodivost a relativní Youngův modul jsou srovnány s jejich predikcí pomocí analytického vztahu. Keramické vzorky připravené uniaxiálním lisováním a konvenčním slinováním v rozmezí teplot 1000-1300°C a metodou SPS při teplotách 1000 a 1300 °C  jsou charakterizovány objemovou hmotností a pórovitostí. Pro vybrané vzorky jsou simulační predikce tepelné vodivosti a Youngova modulu srovnány s hodnotami naměřenými metodou laser flash a ultrazvukovou metodou.   

Vnitřní povrchy skel pro farmacii musí vykazovat dostatečnou chemickou odolnost, aby nedocházelo k přechodu složek skla do náplně, a tím k jejímu znehodnocení (změna pH, chemické reakce). Chemická odolnost povrchů skel se proto testuje podle platné legislativy (ČSN ISO 4802-1, Evropský lékopis) zkouškou proti destilované vodě (121 ^oC, 1 h) a ve výluzích se stanovuje koncentrace alkálií, která nesmí překročit uvedené limitní hodnoty. Problematické nadlimitní výluhy alkálií vykazují často lékovky malých objemů s vysokým S/V. Proto byla v předložené práci sledována kinetika modelového loužení těchto lékovek do destilované vody za zvýšené teploty (80 ^oC) dlouhodobými testy (1-72 h). Porovnáním výsledků stanovení koncentrací složek skla ve výluzích (AAS) a měřením koncentračních profilů složek skla v povrchu (ESCA) před a po modelovém loužení, a dále po odleptání povrchové vrstvy směsí HF a HCl bylo zjištěno, že zejména koncentrace Na je na vnitřním povrchu neloužených lékovek snížená, v podpovrchových vrstvách je naopak zvýšená. Po modelovém loužení dochází k poklesu Na v povrchu přibližně do hloubky 70 nm, což svědčí o inkongruentním rozpouštění skla s rychlou difúzí Na⁺ zejména na počátku loužení.

Biomateriály jsou materiály určené k interakci s biologickými systémy, jejichž využití v současné době umožňuje náhradu či doplnění funkcí poškozených tkání. Veliký důraz je kladen na jejich vyhovující fyzikální i chemické vlastnosti a biokompatibilitu. Důležitými vlastnostmi, kterými musí biomateriál pro medicínské využití disponovat, jsou bioaktivita, která je podmíněna chemickou interakcí biomateriálu s živou tkání za současné precipitace hydroxyapatitu, a antibakteriální účinek. Optimalizace povrchu kovových biomateriálů lze docílit povrchovými modifikacemi, kdy je z hlediska životnosti a účinnosti povlaku důležitá jeho přilnavost k substrátu. V práci bylo metodou sol-gel připraveno 6 typů solů s rozdílnými koncentracemi AgNO₃, bioaktivního skelného materiálu a jejich kombinací. Následovalo nanesení syntetizovaných směsných solů na mechanicky upravený titanový substrát technikou dip-coating, sušení a výpal vzorků. Povlaky byly charakterizovány optickou a elektronovou mikroskopií. Adheze povlaků k substrátu byla testována tape testem. Testování bioaktivity probíhalo in vitro za statických podmínek v simulované tělní tekutině po dobu 21 dní. Na závěr byl proveden 24 hodinový antibakteriální test povlaků vůči gramnegativní bakterii Escherichia coli.

Biomateriály jsou látky přírodní nebo syntetické, které mají schopnost posilovat nebo nahrazovat funkce živé tkáně. Mezi nejpoužívanější bioaktivní materiály patří biosklo a syntetický hydroxyapatit. Důležitou vlastností implantátů je biokompatibilita – snášenlivost materiálu v živém organizmu. Při implantaci bioaktivního materiálu dochází na jeho povrchu k precipitaci nové vrstvy tzv. kostního hydroxyapatitu. Tato vrstva je schopná vytvořit pevnou vazbu s přirozenou tkání. Při testování bioaktivity implantátů se používá standardizovaný in vitro test, při kterém je testovaný materiál v kontaktu s tzv. simulovanou tělní tekutinou obsahující pufr TRIS. Tato práce se zabývá sledováním 7-denní interakce bioaktivního skla se simulovanou tělní tekutinou SBF s a bez TRISu. Před a po statickém in vitro testu byla analyzována hmotnost a změna charakteru materiálů pomocí BET, OM, SEM/EDS, XRD a XRF. Byly odebírané výluhy roztoků pro stanovení koncentrace iontů Ca²⁺ a (PO₄)^3- a bylo měřeno pH. Po expozici v pufrovaném roztoku SBF+T se na povrchu materiálu vytvořila nová krystalická vrstva kostního hydroxyapatitu. V případě materiálu po interakci s SBF bez pufru se na povrchu vytvořily postupně tři amorfní vrstvy s obsahem Si, Ca a P elementů s různou tloušťkou.