Bioaktywne szkliste i szkło-krystaliczne materiały
krzemianowo-fosforanowe zawierające jony bakteriobójcze
Niniejsza praca doktorska składa się ze zbioru spójnych tematycznie publikacji wraz z komentarzami do nich. Publikacje te dotyczą otrzymywania oraz charakterystyki bioaktywnych szkieł do zastosowań w inżynierii tkanki kostnej. W pierwszej części pracy przeprowadzono analizę jak metoda otrzymywania oraz dodatek jonów antybakteryjnymi (cynku i galu) wpływa na zmianę parametrów strukturalnych i mikrostrukturalnych otrzymanych szkieł z układu binarnego CaO-SiO2. Następnie podjęto próby powiązania zależności pomiędzy zmianą w budowie tych szkieł, a właściwościami istotnymi z punktu widzenia ich aplikacji. Istotnym osiągnięciem w tej części pracy było otrzymanie szkieł wywołujących działanie anty bakteryjne przy zachowaniu ich cytozgodności. Dodatkowym atutem pracy było wykazanie potencjalnego zastosowania jonów galu jako czynnika wspomagającego procesy neowaskularyzacji. Przeprowadzone badania mogą stanowić podstawę do prawidłowego projektowania szkieł wykorzystywanych w różnych obszarach medycyny. Druga część pracy została poświęcona szerokiej grupie szkieł likwacyjnych jako prekursorów, materiałów szkło-krystalicznych otrzymywanych w procesie kierowanej krystalizacji. Badano jak jony magnezu, glinu i cynku wpływają na strukturę, mikrostrukturę i własności termiczne szkieł oraz jak wywołane zmiany można wykorzystać w procesie planowania kierowanej krystalizacji. W pracy pokazano jak należy przeprowadzić właściwie planowanie procesu kierowanej krystalizacji szkieł, aby możliwe było otrzymanie materiałów szkło- krystalicznych o założonych rozmiarach fazy krystalicznej, a co za tym idzie wielofunkcyjnych materiałów o pożądanych własnościach. Przedstawiona praca stanowić może podstawę do wytwarzania nowoczesnych szklistych i szkło- krystalicznych materiałów stosowanych w szeroko pojętej dziedzinie biomateriałów.
The presented PhD thesis contains a set of thematically consistent publications with comments to them. These publications concern the fabrication and characterization of bioactive glasses for applications in bone tissue engineering. The aim of the first part of this work was to describe the influence of the obtaining method and antibacterial ions (zinc, gallium) addition on structural and microstructural parameters of the glasses from the CaO-SiO2 binary system. It was expected that ZnO/Ga2O3 addition, as well the processing method will have an impact on the glass structure, and as a consequence on the properties important from the point of view of their application. An important achievement of this part of the work was the production of the glasses, which induce antibacterial effects while maintaining biocompatibility. An additional advantage of the present study was the demonstration of the potential use of gallium ions as a factor supporting neovascularization processes. The conducted tests confirm the necessity of careful designing of glass compositions in order to be able to evoke the desired reactions on both human and bacterial cells and can be the basis for the correct design of glasses used in various areas of medicine. The second part of this study characterized a wide group of glasses with phase separation as potential precursors to obtain glass-crystalline materials in direct crystallization process. The most accurate description of effect of magnesium, aluminum and zinc ions on structure, microstructure and thermal properties of the glasses from NaCaPO4-SiO2 system was created. This knowledge provides the opportunity to correctly plan direct crystallization process in order to fabricate glass-crystalline materials with premeditated phase composition and crystallite size. Consequently, it is possible to obtain the materials with desired functional properties. The presented work may be the basis for the production of modem glassy and glass-crystalline materials used in the biomaterials field.
