V zadnjem obdobju je veliko truda vloženega v razvoj novih in ekonomsko sprejemljivih strategij za modifikacijo površine biomaterialov z namenom izboljšanja razumevanje interakcije med površino in biološkimi sistemi. Lasersko procesiranje površin predstavlja odlično alternativo ostalim obstoječim tehnologijam, saj je izredno prilagodljiva in enostavna metoda, ki omogoča natančen nadzor nad modificirano površino (topografija, hrapavost, kemija in omočljivost površine), omogoča obdelavo različnih površin ter vpliva le na lastnosti površine materiala. Glavna ideja raziskave je uporaba nanosekundnih laserskih bliskov visokih fluenc za teksturiranje nerjavnega jekla (AISI 316L) z namenom izboljšati ter nadzorovati interakcije med površino in celicami. Lastnosti neobdelanih in lasersko teksturiranih površin smo analizirali s pomočjo vrstične elektronske mikroskopije (SEM), rentgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS), meritev hrapavosti (3D optični mikroskop) ter meritev omočljivosti (optični goniometer). Rezultati kažejo, da lasersko teksturiranje vpliva na morfologijo površine , topografijo, hrapavost, lastnosti omočljivosti ter debelino in kemijo površinske oksidne plasti. Preučevali smo vpliv laserskega teksturiranja na človeške kostne celice v seriji in vitro poskusov (1-7 dni izpostavitve) z uporabo fluorescenčne mikroskopije (izvedljivo obarvanje), testov citotoksičnosti (test Resazurin, NRU in CBB ) in SEM mikroskopije za oceno porazdelitve pritrjenih celic in njihove morfologije. Laserska modifikacija površine je izboljšala biokompatibilnost površin. Že po 24 urah smo opazili bistvene razlike v adheziji, tako v številu pritrjenih celic kot tudi v razporeditvi celic na površini. Izjema je bila le površina procesirana na zraku z visoko povprečno fluenco, ki je vodila do pretaljenega in močno oksidiranega materiala na površini, kar je močno zmanjšalo biokompatibilnost. Na teh površinah smo opazili zmanjšano adhezijo celic (fluorescenca in SEM mikroskopija), zmanjšano metabolno aktivnosti celic ter spremembe v morfologiji celic. Vrstična elektronska mikroskopija se je izkazala za zelo dobro metodo za preučevanje majhnih razlik v interakcijah med modificirano površino in celicam (v porazdelitev celic, usmerjenost, morfologijo celične površine in obliko celic.). Nanosekundni laserski sistem omogoča prilagodljivo, ponovljivo in čisto tehnologijo za spreminjanje površin, omogoča obdelavo različnih površin ter vpliva le na lastnosti površine materiala.
B.04 Vabljeno predavanje
COBISS.SI-ID: 1514922V tej raziskavi smo vzorce jekla obsevali s 45 ns in 30 ps polariziranimi laserskimi bliski, ki jih je seval nanosekundni laserski vlakenski vir (valovna dolžina 1060 nm) oziroma Nd:YAG pikosekundni laser (valovna dolžina1064 nm). Različni parametri obdelave pri proizvodnji LIPSS vodijo do različnih lastnosti struktur, nastalih v zgornji površinski plasti materiala. Strukture so v glavnem vidne tako pod optičnim (OM) kot vrstičnim elektronskim (SEM) mikroskopom. V nekaterih primerih je barva površine, ki se spreminja zaradi učinka uklonske mrežice struktur, vidna s prostim očesom. Tovrstne strukture LIPSS je enostavno opazovati pod OM, vendar pa jih v nekaterih primerih ni mogoče zaznati z opazovanjem sekundarnih elektronov (SEI) s SEM (slika 1). Zato v tej raziskavi z uporabo različnih tehnik mikroskopije, vključno s sekundarnim elektronskim slikanjem (SEI) in zaznavanjem povratno razpršenih elektronov (COMPO), preučujemo in primerjamo lastnosti struktur, dobljenih z različnimi parametri obdelave. Za boljše razumevanje smo SEM analizo izvedli tudi na presekih vzorcev, izdelanih s pomočjo fokusiranega ionskega snopa (FIB).
B.04 Vabljeno predavanje
COBISS.SI-ID: 16823323Nerjavno jeklo se v medicini pogosto uporablja zaradi kombinacije njegovih mehanskih lastnosti, enostavnosti izdelave in nizkih stroškov, vendar pogosto ne izpolnjujejo vseh zahtev biokompatibilnosti in biološke specifičnosti za uporabo v določenih aplikacijah. Večina teh omejitev opredeljujejo lastnosti površine zato je pri izdelavi biokompatibilnih materialov potrebno upoštevati poleg mehanskih lasnosti materiala tudi lastnosti njegove površine (topografija, hrapavost, kemijska sestava in omočljivost površine), ki opredeljujejo interakcije z biološkim sistemom. Funkcionalizacija površine z laserjem omogoča spreminjanje površine na mikro- in nano nivoju ter s tem pomembno spremeni njene lastnosti in vpliva na biokompatibilnost. V raziskavi smo preučevali vpliv lasersko procesiranega nerjavnega jekla na adhezijo človeških kostnih celic (MG63). Funkcionalizacijo površine smo izvedli z nanosekundnim vlakenskim laserjem z laserskimi bliski visokih fluenc (DLT-HF), kjer prekrivanje bliskov vodi do nastanka mikrokanalov, hierarhična struktura pa nastane zaradi taljenja in oksidacije materiala. Lastnosti površine neobdelanih in lasersko teksturiranih površin smo analizirali s pomočjo vrstične elektronske mikroskopije (SEM), rentgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS), meritev hrapavosti (3D optični mikroskop) ter meritev omočljivosti (optični goniometer). Vpliv mikro- in nano modifikacije površine na kostne celice MG63 smo preučevali z in vitro testi adhezije. S pomočjo fluorescence (barvanje žive in mrtve celice) smo ugotavljali viabilnost celic, SEM mikroskopija pa nam je omogočila opazovanje interakcij celic s površino ter morfološke spremembe celic kot odgovor na modifikacijo površine. Karakterizacija površine je pokazala velike razlike v morfologiji, kemiji in omočljivosti površine po laserskem teksturiranju. Neobdelani vzorec ima hidrofobno površino, medtem ko lasersko procesirano površino prekriva debela hierarhična mikro- in nanostrukturirano oksidna plast superhidrofilne narave. Po 24 h izpostavitvi smo opazili višjo stopnjo adhezije na vzorcih z neobdelano površino. Za razliko od neobdelane površine smo na lasersko teksturiranih površinah opazili, da se celice odzivajo odzovejo na kombinacijo spremenjene površinske topografije, hrapavosti in omočljivosti. Celice se pritrjajo v smeri laserskih struktur. Poleg tega nanostrukturirana oksidna plast na površini vpliva tudi na spremembe v morfologiji samih celic, citotoksičnih učinkov pa po 24 h nismo opazili. Nanosekundni laserski sistem omogoča prilagodljivo, ponovljivo in čisto tehnologijo za spreminjanje površin, omogoča obdelavo različnih površin ter vpliva le na lastnosti površine materiala.
F.18 Posredovanje novih znanj neposrednim uporabnikom (seminarji, forumi, konference)
COBISS.SI-ID: 16285723Procesiranje površine z laserjem omogoča spreminjanje mikro- in nano topografije ter s tem pomembno spremeni njene lastnosti in funkcionalnost kar vpliva na adhezijo celic. V raziskavi smo preučevali vpliv lasersko procesiranega nerjavnega jekla na adhezijo človeških kostnih celic (MG63). Površine smo teksturirali z laserskimi bliski visokih fluenc ter jih nato analizirali s pomočjo vrstične elektronske mikroskopije (SEM), rentgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS), meritev hrapavosti (3D optični mikroskop) ter meritev omočljivosti (optični goniometer). Biokompatibilnost modificiranih površin smo preučevali z in vitro testi adhezije ter ovrednotili z uporabo fluorescenčne in SEM mikroskopije. Rezultati so pokazali, da lasersko teksturiranje površine spremeni topografijo in hrapavost (Sa). Neobdelani kontrolni vzorec kaže značilno gladko zrnato morfologijo z mrežo razpok. Lasersko procesiran vzorec pa ima hierarhično mikro- in nanostrukturirano (oksidno plast) površino. Meritve omočljivosti so pokazale, da se hidrofobna površina neobdelanega vzorca (?Y = 81,6° ± 5,7°) po laserskem teksturiranju spremeni v superhidrofilno (?Y = 0°). Po 24 urah izpostavljenosti se celice v večjem številu pritrjajo na neobdelano površino. Na lasersko teksturiranih površinah smo opazili da se kostne celice odzovejo na kombinacijo spremenjene površinske topografije, hrapavosti in omočljivosti. Celice se prednostno pritrjajo v smeri laserskih struktur. Nanostrukturirana oksidna plast na površini procesiranih vzorcev vpliva tudi na spremembe v morfologiji samih celic, medtem ko citotoksičnih učinkov po 24 h nismo opazili.
F.18 Posredovanje novih znanj neposrednim uporabnikom (seminarji, forumi, konference)
COBISS.SI-ID: 16358427