Instytut Podstawowych Problemów Techniki

Badanie przemian fazowych w stalach w czasie hartowania izotermicznego przy zastosowaniu metody emisji akustycznej i sieci neuronowych

Membrany półprzepuszczalne jako rusztowania komórkowe 3D do regeneracji chrząstki

Ternary composite scaffolds with various degradation rates for bone tissue regeneration

The goal of the study was to develop ternary composite scaffolds with accelerated degradation kinetics, improved mechanical properties and bioactivity for bone tissue regeneration and to evaluate their bio-acceptance using human bone marrow mesenchymal stem cells, also in form of a 3D culture system. Scaffolds composed of poly(^9;-caprolactone) (PCL), tricalcium phosphate (TCP) and various concentrations of poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) were prepared by combined solvent casting and solid freeform fabrication techniques. Hydrolytic degradation was conducted in phosphate buffered saline (PBS) and simulated body fluid (SBF), followed by systematic characterization. Cellular response was correlated with surface parameters. The results show that the ternary composite system is a suitable tool for tuning of polyesters degradation.

Elektroprzędzone nanowłókna ceramiczne i polimerowe do zastosowań biomedycznych

Przedstawione zostaną wyniki badań dwóch typów włókien elektroprzędzonych: ceramicznych, półprzewodnikowych ZnO i core/shell ZnO/ZnS oraz polimerowych z polikaprolaktonu (PCL). Nanowłókna półprzewodnikowe wykorzystano do konstrukcji tranzystorów polowych (FET) do modelowego wykrywania cząsteczek biologicznych. Po procesach biofunkcjonalizacji, nanostruktury reagowały na obecność oligonukleotydów DNA oraz białek w badanych roztworach. Nanowłókna polimerowe zbadano pod kątem możliwości ich wykorzystania w aplikacjach dentystycznych. Maty z włókien PCL testowano jako podłoża do wzrostu ludzkich fibroblastów dziąsłowych, HGF-1. Po inkorporacji antybiotykami, testowano ich cytotoksyczność oraz aktywność mikrobiologiczną wobec bakterii występujących w jamie ustnej.

Oxide nanostructures doped lanthanide or transition metals for biomedical imaging

Principal goals of the research are: to obtain bio-luminescent markers based on nanoparticles (NPs), and to optimize up-conversion quantum yield (UQY) of the selected rare earth ions in the oxide matrix. The effect of transition metals (Zn2+, Mo2+) and alkali metal (Li+) doping on the upconversion efficiency has been determined. The optimal amount of zinc to be added to the constituents of the biomarkers (Gd2O3: Er3+, Yb3+, Zn2+), to achieve the highest efficiency of the up-conversion process was found. The biocompatibility of the nanoparticles on HeLa cells and astrocytes was tested. The obtained nanostructures, based on the oxide matrix, can contribute to the development of diagnostically useful materials.

Ciekłokrystaliczne elastomery - od przestrajanych filtrów optycznych do robotów wielkości bakterii

Ciekłokrystaliczne elastomery (Liquid Crystal Elastomers, LCE) to interesująca klasa materiałów polimerowych - dzięki uporządkowaniu molekuł w całej objętości mogą one zmieniać właściwości (np. kształt) pod wpływem zewnętrznych bodźców, takich jak temperatura, odczyn czy zawartość określonych substancji w otoczeniu. Dzięki układowi do trójwymiarowej fotolitografii możliwe jest wytwarzanie z LCE elementów o dowolnych kształtach z rozdzielczością na poziomie mikrometrów. Przedyskutowana będzie możliwość elektroprzędzenia włókien z LCE.

Wpływ cech fizykochemicznych nano-wymiarowych hydroksyapatytów stosowanych w medycynie na ich toksyczność

Tematem prezentacji są badania cech fizykochemiczne wybranych nano-wymiarowych hydroksyapatytów i ich interakcje z żywymi komórkami pod kątem ewentualnej toksyczności. Badania prowadzono z wykorzystaniem: AFM, TEM, SEM, EDS, FTIR, BET, XRD, CLSM, DLS oraz pomiarów potencjału Zeta. Wpływ stężenia nano-wymiarowych hydroksyapatytów na wybrane modele in vitro - linie komórkowe: CHO, BEAS-2B, J774.1, A549 - określono za pomocą testów żywotności WST-8. Wielkości otrzymane podczas charakterystyki materiałów skorelowano następnie z wynikami badań toksyczności oraz możliwościami związanymi z wnikaniem hydroksyapatytu do wnętrza żywych komórek.

Fabrication and Characterization of Electrospun bio-nanocomposites of Poly vinyl Alcohol)/nanohydroxyapatite/cellulose nanofibers

• Cellulose nanofibers - extraction and characterization;
• Electrospinning of poly(vinyl alcohol) (PVA) and its nanocomposites with nanohydroxyapatite and cellulose nanofibers;
• Structure analysis of electrospun PVA nanocomposites by various methods;
• Mechanical characterization of electrospun PVA nanocomposites.

TOP 500 Innovators w Cambridge University Enterprice - relacja uczestnika

TOP 500 Innovators to rządowy program wspierania innowacyjności w nauce poprzez podniesienie kwalifikacji naukowców i pracowników centrów transferu technologii w zakresie współpracy z gospodarką, zarządzania badaniami naukowymi oraz komercjalizacji ich wyników.

Dr Dorota Kołbuk opowie o celach Programu, współpracy nauki z przemysłem w Wielkiej Brytanii oraz udzieli praktycznych wskazówek w zakresie omawianych zagadnień.

Fabrication, Characterization and Mechanical Analysis of Pol(vinyl alcohol)/nano-Hydroxy apatite Electrospun Biocomposites Scaffolds Reinforced by Cellulose Nano-Fibers for Bone Tissue Engineering

Badanie wpływu jednościennych nanorurek węglowych (SWCNT) na komórki z wykorzystaniem spektroskopii sił AFM

Ze względu na duże zainteresowanie w ostatnim czasie cząstkami o rozmiarach nanometrycznych jako nośnikami leków, stały się one obiektem wielu badań. W tradycyjnym leczeniu farmakologicznym substancja lecznicza jest podawana przez układ pokarmowy albo bezpośrednio do układu krwionośnego, powodując, że rozprzestrzenia się ona również do organów nie wymagających terapii. Ponadto największą przeszkodą napotykaną przez leki są błony biologiczne. To właśnie największe straty podawanej substancji czynnej zachodzą na etapie jej wchłaniania i dystrybucji do miejsca działania.
W związku z wyżej opisanymi problemami, duże nadzieje wiąże się z możliwością zastosowania nanorurek węglowych (CNTs) jako układów transportujących lek bezpośrednio do celu. Jednościenne nanorurki węglowe (ang. Single Walled Carbon Nanotubes) SWCNTs mają wiele zalet, które stawiają je w czołówce nanocząstek używanych w medycynie, są to m.in.: niereaktywność, odporność na kwasy, zasady, enzymy i wysokie temperatury oraz wysoki stosunek powierzchni do przekroju. Jak wskazują najnowsze wyniki badań to właśnie SWCNT są zdolne do wiązania i transportu związków biologicznie czynnych w ściśle określone miejsca, przechodząc przez błonę nie uszkadzając jej.
Poza wieloma zaletami, SWCNTs budzą jednak wiele wątpliwości, co spowodowane jest m.in. sprzecznymi doniesieniami literaturowymi na temat ich cytotoksyczności. Wyniki badań szkodliwości tych cząstek na komórki dowodzą, że mimo pozytywnej przeżywalności komórkowej, wywołują zmiany we wnętrzu komórki m.in. reorganizację aktyny. Jest to niebezpieczne zjawisko ze względu na istotny wpływ aktyny na funkcje komórkowe.
W związku z różnymi opiniami na temat wpływu SWCNTs na komórki zaproponowano metodę spektroskopii sił, a dokładnie szacowanie modułu Younga komórek, jako jedno z badań, które pomoże wyjaśnić zagadnienie cytotoksyczności SWCNTs.

Nowe poliuretany do zastosowań w inżynierii tkankowej

Omówione zostaną możliwości wykorzystania nowych poliuretanów (PUR) w zastosowaniach biomedycznych. Uzyskany w wyniku syntezy nowy PUR, zawierający w segmentach giętkich ataktyczny, telecheliczny poli([R,S]hydroksymaślan) (a-PHB) oraz poli(kaprolaktonodiol) (PCL) lub poli(oksytetrametylenodiol) (PTMG), może stanowić interesujący biokompatybily oraz biodegradowalny materiał dla inżynierii tkankowej. Celem badań jest uzyskanie pełnego opisu wpływu dodatku a-PHB w segmentach giętkich nowych PUR na ich strukturę i właściwości. Ze względu na atrakcyjną perspektywę stosowania tych materiałów jako rusztowań w inżynierii tkankowej, badania koncentrują się obecnie na formowaniu materiału metodą elektroprzędzenia.

Zaawansowane techniki wysokorozdzielczej tomografii rentgenowskiej jako nowe narzędzie do badania i oceny produktów inżynierii tkankowej

W ostatnich latach, tomografia komputerowa (CT) stała się szeroko stosowaną techniką badawczą w inżynierii materiałowej i medycynie, włączając w to badania podstawowe. Metody mikro- i nanoCT mają duże możliwości w zakresie charakteryzacji produktów inżynierii tkankowej. Za pośrednictwem tomografii komputerowej można dokładnie scharakteryzować nowo opracowany biomateriał, wzrost tkanki w trójwymiarowym rusztowaniu, proces degradacji biomateriału oraz jego właściwości mechaniczne in situ. W niniejszej pracy zaprezentowane zostaną wyniki badań produktów inżynierii tkankowej z wykorzystaniem najnowocześniejszych, zaawansowanych technik wysokorozdzielczej tomografii rentgenowskiej.

Wpływ dodatku nanocząstek hydroksyapatytu na wybrane właściwości bioresorbowalnych nanokompozytów poddanych sterylizacji promieniami gamma

Sterylizacja biomateriałów jest niezbędna przed wprowadzeniem implantów do organizmu ludzkiego w celu usunięcia z ich powierzchni patogenów, stanowiących potencjalne źródło zakażenia, prowadzącego do odrzucenia implantu. Ważne jest przy tym, aby sterylizacja nie wywołała zmian właściwości materiału, dyskwalifikując go tym samym do zastosowania medycznego. W celu poprawienia odporności na sterylizację promieniowaniem gamma dwóch powszechnie stosowanych w medycynie polimerów: poli(L-laktydu) oraz poli(laktyd-co-glikolidu), domieszkowano je nano-hydroksyapatytem (nano-HA). Próbki materiału wyjściowego oraz domieszkowanego nano-ceramiką (1%, 5% oraz 10% wag. nano-HA) wykonano w postaci filmów, metodą wylewania z roztworu. Zwiększenie dyspersji ceramiki uzyskano metodą ultradźwiękową. Sterylizację radiacyjną wykonano przy standardowej dla materiałów medycznych dawce 25 kGy. Badania metodami GPC, DSC, TGA, FTIR, pomiarów gęstości, chropowatości powierzchni, kąta zwilżania oraz wytrzymałości na rozciąganie, wykazały, że po sterylizacji promieniowaniem gamma można wyróżnić okres intensywnych zmian właściwości, wynikający ze zmian w mikrostrukturze oraz okres stabilizacji właściwości. Stwierdzono wpływ nano-HA oraz promieniowania gamma na stopień krystaliczności.

Asbestos: from health hazard to nanotechnology applications

Asbestos is a set of silicate minerals belonging to the amphibole and serpentine family. The three most common types of asbestos are chrysotile, amosite and crocidolite. Chrysotile is the most abundant mineral in asbestos manufactured. It affects strongly the biological-mineral system interactions, which have been widely investigated in order to single out the causes of health hazard associated with asbestos fibers. Chrysotile is actually more known for its deleterious environmental effects than for its unusual structure and morphology. It is possible to obtain synthetic geomimetic chrysotile without any health hazard effects. The synthesis of geomimetic chrysotile nanotubes is entirely based on a hydrothermal reaction system. Synthetic chrysotile nanotubes have a high potentiality for nanotechnological applications. With the aim at preparing the first synthetic geoinspired inorganic nanowires, we have started to synthesize metal nanoparticles like Ag, Cu, Au, capped with thiol. Stoichiometric synthetic chrysotile nanotubes have been partially filled with previously synthesized bimetallic nanoparticles by capillarity effect at room temperature and pressure using a suitable organic solvent. Furthermore, the charged surfaces of the synthetic chrysotile nanotubes can be exploited for assembling chromophores. Indeed, preliminary experiments have shown the ability of such nano-objects to template the growth aggregates of the anionic tetrakis (4-sulfonatophenyl) porphyrin. Chrysotile nanotubes can be used to make nanocomposites. Particularly interesting are conductive polymer composites. Submicrometric fibers of conductive polymer blend (polyniline-polyethylene oxide) filled with stoichiometric synthetic chrysotile nanotubes can be obtained by electrospinning. The presence of nanotubes into the electrospun fibers improved electrical properties. The parallel distribution of the nanotubes produced rigid and straight fibers with efficient electric transport properties. Such hybrid materials are interesting for perspectives in technological fields.

Symulacja sygnału dopplerowskiego do obrazowania przepływu krwi metodami syntetycznej apertury.

Materiały otrzymywane metodą aglomeracji mikrosfer i ich zastosowanie w inżynierii tkankowej

Celem pracy było zaprojektowanie materiałów o charakterze kościozastępczym do regeneracji ubytków kostnych w stomatologii oraz ortopedii. Prace eksperymentalne obejmowały opracowanie technologii otrzymywania biodegradowalnych materiałów zarówno w formie stałej jak i do wstrzyknięcia do uszkodzonej kości lub wypełnienia zębodołu. Do otrzymywania skafoldów wykorzystano biodegradowalny polimer pochodzenia naturalnego – chitozan oraz ceramikę fosforanowo-wapniową – β-TCP. Do otrzymywania biomateriałów wykorzystano technikę aglomeracji mikrosfer polimerowych oraz kompozytowych. Materiały zostały przebadane pod kątem morfologii, mikro- i makrostruktury, wytrzymałości mechanicznej, cytotoksyczności w warunkach in vitro oraz odpowiedzi in vivo na zaimplantowany materiał na małych modelach zwierzęcych.
W rezultacie przeprowadzonych doświadczeń stwierdzono, że zaproponowane materiały mogą zostać przysposobione do pełnienia funkcji materiału kościozastępczego o właściwościach osteokondukcyjnych. Materiały, których głównym składnikiem był chitozan połączony z β-TCP, przeszły z pozytywnym wynikiem badania na cytotoksyczność in vitro oraz biokompatybilność przebadaną na modelach zwierzęcych. Doświadczenia in vivo wykazały, że zaproponowane materiały posiadają potencjał do osteogenezy.

Bioaktywne nanokompozytowe, ceramiczno-polimerowe materiały do regeneracji tkanki kostnej

W oparciu o wiedzę na temat tkanki kostnej i cech jakie powinien prezentować biofunkcyjny materiał do leczenia ubytków kostnych, opracowano metodę otrzymywania nanokompozytowych, porowatych materiałów polimerowo-ceramicznych. Fazą wzmacniającą oraz nadającą właściwości bioaktywne był nanohydroksyapatyt, a osnową - polimery biodegradowalne z grupy poliestrów alifatycznych: polilaktyd oraz polikaprolakton.
Do uzyskania materiałów o określonej porowatości wykorzystano kryształy NaCl o wymiarach 300 µm i 200 µm. Wykonane badania wytrzymałościowe pozwoliły ocenić wpływ dodatku nanocząstek na parametry mechaniczne. Analizę mikrostruktury (mikroskopia SEM) oraz badania składu pierwiastkowego metodą EDS przeprowadzono zarówno przed jak i po dodatkowym elektroforetycznym nasyceniu nanohydroksyapatytem (EPD) oraz inkubacji w SBF. Badania pozwoliły na ocenę bioaktywności otrzymanych materiałów.

Wpływ warunków elektroprzędzenia na strukturę i właściwości jedno- i dwuskładnikowych nanowłókien polimerowych stosowanych w inżynierii tkankowej

Proces elektroprzędzenia jest obecnie jedną z najczęściej wykorzystywanych metod wytwarzania włókien nanometrycznych oraz submikronowych do zastosowań w inżynierii tkankowej. Obserwowany wzrost zainteresowania wynika z fleksybilności procesu, możliwości jakich daje formowanie włókien z różnego rodzaju polimerów wykorzystywanych w medycynie jak również w innych dziedzinach nanotechnologii i przemysłu.
Prace przeprowadzone w ramach rozprawy doktorskiej koncentrowały się na badaniach utylitarnych- określeniu wpływu parametrów elektroprzędzenia na morfologię, strukturę molekularną oraz nadmolekularną formowanych włókien. Równorzędnym zadaniem był cel aplikacyjny- określenie wpływu morfologii i właściwości formowanych włókien na zachowanie wysianych na nich komórek. Włókna formowano z polimeru syntetycznego jak również z dodatkiem żelatyny i porównawczo kolagenu. Oceniono cytotoksyczność formowanych włóknin oraz proliferację komórek w badaniach in-vitro.

System miejscowego podawania leków do leczenia infekcji towarzyszących złamaniom tkanki kostnej

Badania wpływu parametrów elektroprzędzenia oraz dodatków biopolimerów na strukturę nanowłókien z perspektywy ich wykorzystywania w hodowli komórek in vitro

Matematyczny model degradacji poliestrów alifatycznych jako narzędzie do przedklinicznej oceny biodegradowalnych implantów dla inżynierii tkankowej

Rusztowanie (scaffold) dla inżynierii tkankowej: wpływ właściwości i struktury na funkcje żywych komórek