GELNAR, A. Tření a mazání biomateriálů s modifikací povrchu pro kloubní implantáty [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2025.

Posudek vedoucího

Nečas, David

Cílem diplomové práce byla analýza tření, mazání a opotřebení biomateriálů s modifikovaným povrchem. Práce se konkrétně zaměřila na studium slitin CoCr a Ti6Al4V s aplikací DLC povlaků a mikrotexturování. V úvodní fázi byl analyzován vliv DLC povlaků, přičemž cílem bylo porovnat vlastnosti nově vyvíjených povlaků (ve spolupráci s FAU Erlangen-Nürnberg) s komerčně dostupným referenčním povlakem s certifikací pro použití v medicíně. Výsledky této části práce byly publikovány formou Open Access článku v časopise Biosurface and Biotribology (IF 1,7; Q4). Ve druhé fázi studie se práce zaměřila na kombinace povlaků a textur, jejichž parametry byly voleny s ohledem na potenciální realizaci pomocí aditivních technologií – tedy přístupů s vysokým potenciálem pro vývoj individualizovaných implantátů. Byl realizován rozsáhlý experimentální výzkum různých variant modifikací, na jehož základě byla vytipována užší skupina vzorků pro další analýzy. Ty zahrnovaly posouzení formování mazacího filmu pomocí fluorescenční mikroskopií a dlouhodobé testy opotřebení. Díky vhodné kombinaci povrchové textury (drážky orientované ve směru pohybu) a DLC povlaku se podařilo dosáhnout naprosto zásadního snížení míry otěru oproti nemodifikovaným referenčním vzorkům. Z této druhé části, která přinesla zásadní a původní výsledky s významným přínosem pro danou oblast výzkumu, byl připraven manuskript, který bude po závěrečných úpravách odeslán do časopisu během několika týdnů. Z pohledu vedoucího práce velmi oceňuji diplomantův dlouhodobý zájem o řešené téma, jeho vysokou míru sebemotivace, značné množství realizovaných experimentů, a především schopnost kriticky analyzovat, interpretovat a diskutovat dosažené výsledky. I s přihlédnutím k tomu, že během necelých dvou let řešení vznikly dva vědecké manuskripty (z nichž jeden je již publikovaný), hodnotím diplomovou práci jako vynikající, klasifikuji ji stupněm A a bez výhrad ji doporučuji k obhajobě.

Posudek oponenta

Hartl, Martin

Autor bezezbytku naplnil jak hlavní, tak všech sedm dílčích cílů. Pro kvantifikaci vývoje součinitele tření a mazacího filmu provedl soubor recipročních testů na pin-on-plate zařízení, doplněný fluorescenční mikroskopií a 3D profilometrií (před / po zkouškách). Práce systematicky porovnává tribologické chování čtyř druhů povrchů (referenční, texturovaný, DLC-povlakovaný, kombinace DLC + textura, referenční) v identických podmínkách, což v literatuře dosud chybělo. K nejvýznamnějším zjištěním patří, že kombinovaná úprava povrchu vyrobeného z Ti6Al4V vede k výraznému snížení míry opotřebení oproti neupravenému stavu (z jednotek milionů na desítky tisíc m). Autor rovněž ukazuje, že orientace textur (0° – rovnoběžně se směrem pohybu vs. 90° – kolmo na směr pohybu vs. izotropní) má zásadní vliv na součinitel tření. Analýza formování mazacího filmu pomocí ukázala, že modifikované povrchy podporují tvorbu stabilnějšího mazacího filmu. Diskuse je strukturována podle sledovaných veličin a bohatě se opírá o literaturu; autor rozebírá, proč DLC povlaky obecně mírně zvyšují součinitel tření jak na CoCrMo, tak na Ti6Al4V při kontaktu s UHMWPE, zatímco na Ti6Al4V při kontaktu s tvrdým protikusem (sklo) ho výrazně snižují, což souvisí s horšími otěrovými vlastnostmi a náchylností k adhezi neupraveného titanu. Interpretace výsledků mazacího filmu je podložena analýzou smáčivosti a proteinové adsorpce, přičemž se uvádí, že textury zlepšují retenční schopnost maziva a vedou k silnější mazací vrstvě zejména u titanu, který vykazuje lepší smáčivost a schopnost adsorbovat proteiny než CoCrMo. Výzkumné hypotézy jsou explicitně verifikovány a omezení studie (např. in vitro testy, zjednodušený nekonformní kontakt, relativně nízký počet pracovních cyklů oproti reálné životnosti implantátů) autor transparentně uvádí. Zjištění mohou konstruktérům implantátů poskytnout konkrétní údaje pro volbu úprav povrchu – např. poznatky o vlivu DLC-textury u Ti6Al4V pro „hard-on-soft“ páry či o účinku DLC na CoCrMo u „hard-on-hard“ párů. Práce tak rozšiřuje možnosti povrchových úprav a zároveň nabízí parametry využitelné při certifikaci nových implantátů či při návrhu 3D-tištěných personalizovaných náhrad. Logické uspořádání diplomové práce je dáno standardní strukturou vědeckého textu a bylo závazně předepsáno v zadání práce. Všechny formální požadavky jsou splněny. Práce rovněž odpovídá požadovanému typu výstupu (publikační výsledek – J, D, konkrétně publikovaný článek a připravený manuskript), a splňuje požadovaný rozsah. Jazyk je konzistentně odborný, termíny z tribologie a materiálového inženýrství jsou používány přesně. Kontrola odhalila jen sporadické překlepy. Práce s literaturou je provedena na vynikající úrovni a tvoří robustní a logický základ celého výzkumu. Bibliografie obsahuje 70 položek, většinu z posledních let. V teoretické části autor vymezuje mezeru v poznání a v diskusi pak výsledky aktivně konfrontuje s daty a zjištěními jiných studií (např. Thorwartha či Sheeji). Diplomová práce představuje metodicky precizní a vědecky hodnotný příspěvek k biotribologii kloubních implantátů. Přináší kvantitativní i kvalitativní důkazy, že kombinace DLC a mikrotextury výrazně prodlužuje životnost titanových náhrad. Logická stavba textu, silné propojení s literaturou a již publikované výsledky řadí práci mezi nadprůměrné výkony na úrovni magisterského studia.

eVSKP id 165769