Tailoring of phase composition and microstructure of calcium phosphate scaffolds applied in regenerative medicine.

Vápenaté fosforečnany jsou nejčastěji využívané keramické materiály v medicíně pro regeneraci kostní tkáně. Vápenaté fosforečnany jsou biokompatibilní, bioaktivní a mezi sebou se odlišují především rozpustností a související degradací v organismu, proto jsou nejčastěji využívány k regeneraci malých defektů nebo jako vrstvy na kovových implantátech. U již zmíněné rozpustnosti materiálu po implantaci, hraje důležitou roli poměr zastoupení jednotlivých vápenatých fosforečnanů, od kterého se pak odvíjí rychlost degradace materiálu v organismu. Tato práce se zabývá vlivem tvarovacích metod na mikrostrukturu a zejména fázové složení vápenatých fosforečnanů. Výchozím materiálem pro pozorování změn ve fázovém složení byl komerční hydroxyapatit, který byl upraven kalcinací při 800 °C po dobu jedné hodiny. Při kalcinaci došlo k vytvoření dvoufázové směsi, obsahující hydroxyapatit a -fosforečnan vápenatý. Tato dvoufázová směs byla poté využita pro přípravu suspenze s plněním 15 obj.%, a také k přímé přípravě polotovarů s různou výslednou mikrostrukturou a fázovým složením. S cílem zjistit vliv procesu byly v této práci porovnány vzorky připravené pomocí metod: freeze-casting, izostatické lisování za studena, uniaxiální lisování a suspenzní odlévání. U polotovarů a slinutých vzorků byla provedena charakterizace mikrostruktury a analýza fázového složení. V práci se potvrdil vliv tvarovací metody na oba stanovené parametry – mikrostrukturu a fázové složení. Nově pak bylo zjištěno, že se zvyšující se hodnotou porozity a velikostí pórů se zvyšuje i zastoupení hydroxyapatitu ve vzorcích. Tento trend byl pozorován u vzorků vykazujících unimodální i bimodální zastoupení velikosti pórů.Calcium phosphates are the most used ceramic materials for bone regeneration. Calcium phosphates are biocompatible, bioactive and differ in solubility and related degradation in organism. Therefore, calcium phosphate materials are used to regenerate bone defects of small size and as coatings for metallic implants. The solubility of the used materials in body environment after implantation is determined by the ratio of individual calcium phosphates and related degradation rates. This thesis deals with the impact of shaping methods on microstructure and phase composition of calcium phosphates. Commercial hydroxyapatite powder was used as a starting ceramic powder and was treated by calcination at 800 °C for one hour. The biphasic mixture of hydroxyapatite and -tricalcium phosphate was formed during the calcination and this mixture was used for ceramic suspension preparation, with solid loading of 15 vol%, as well as for green bodies preparation. Samples were prepared using several shaping methods: freeze casting, cold isostatic pressing, uniaxial pressing, and slip-casting. Characterization of both, green bodies and sintered samples was performed and the impact of used shaping methods on microstructure and phase composition, was confirmed. It was also observed that the hydroxyapatite content is increasing with increasing porosity, and pore size. This trend applies for samples with unimodal pore size distribution as well as for samples with bimodal pore size distribution.