Application of machine learning methods in the analysis of the microscopic image of ceramic tiles

Współczesne metody badań stosowane w nowoczesnych technikach badawczych spowodowały, że zbierane są ogromne ilości danych, które muszą być poddane dalszej analizie. Uczenie maszynowe pomaga interpretować zgromadzone dane, a po ich przetworzeniu może pomóc podjąć dalsze decyzje. Metoda ta ma coraz większe zastosowanie w kontroli jakości wyrobów. W artykule przedstawiono zastosowanie nadzorowanej wersji uczenia maszynowego w badaniach nad optymalizacją rozpoznawania faz chemicznych z obrazów mikroskopowych i obrazów składu chemicznego dla płytek ceramicznych. Stwierdzono, że w przypadku opracowanych danych z elektronowej mikroskopii skaningowej, najlepsze wyniki uzyskano dla algorytmu CART (drzewo decyzyjne). Zastosowana metodyka znacznie usprawnia przeprowadzenie badań i poprawia jakość uzyskanych analiz obrazu w odniesieniu do standardowego oprogramowania mikroskopów.Contemporary research methods used in modern research techniques often result in the collection of huge amounts of data that must be further analyzed. Machine learning helps to interpret the collected data, and after their processing, it can help you make further decisions. The article presents the use of the supervised machine learning in research on the optimization of the recognition of chemical phases from microscopic images and chemical composition images for ceramic tiles. It was found that in the case of the developed data from scanning electron microscopy, the best results were obtained for the CART algorithm (decision tree structure). The applied methodology significantly improve the conduct of research and ameliorate the quality of the obtained image analyzes

Płytki ceramiczne. Badania mikroskopowe tekstur w odniesieniu do wytrzymałości na zginanie

Płytki gresowe są wytwarzane głównie z glinki kaolinowej, kwarcu i skaleni. Wiele właściwości technicznych, w tym odporność na zginanie, są związane z teksturą materiału w skali mikroskopowej. Najważniejszymi cechami są: zawartość, rozmiar i kształt różnych ziaren, w tym większych ziaren kwarcu, kryształów mullitu, fazy amorficznej bogatej w krzemionką i porowatości. Zrozumienie zależności pomiędzy mikrostrukturą a odpornością na zginanie może prowadzić do opracowania efektywniejszych metod wytwarzania cieńszych płytek o większych wymiarach.Porcelain tiles are sintered ceramic material made mainly from ball clays, quartz and feldspars. Many technical feateurs, including bending strength, are related to the microtexture of porcelain stoneware. Most important features are content, size and shape of different grains. These include large particles of filler (quartz), mullite crystals, a silica-rich amorphous phase and porosity. The understanding of the relationship between the microstructure and the bending strength of porcelain stoneware can lead to the development the manufacturing of thinner tiles with higher dimensions

The effect of the degradation process on the physicomechanical properties of the PCL/HA composites

Kompozyty na bazie polikaprolaktonu z dodatkiem wypełniacza w postaci włókien hydroksyapatytowych są jednym z potencjalnych materiałów do zastosowań inżynierii tkankowej. Materiały te odznaczają się nie tylko odpowiednią porowatością i wytrzymałością mechaniczną, lecz także bioaktywnością, biokompatybilnością i bioresorbowalnością. Z punktu widzenia możliwości aplikacyjnych danego materiału niezwykle istotna jest kontrola procesu degradacji kompozytu w czasie, tak aby rusztowanie mogło zapewnić stabilność mechaniczną do momentu odbudowy ubytku. W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące wpływu procesu degradacji na właściwości fizykomechaniczne opracowanych porowatych kompozytów na bazie polikaprolaktonu (PCL) z dodatkiem zsyntezowanych włókien hydroksyapatytu (HA) o zróżnicowanej morfologii. Szczególną uwagę zwrócono na wpływ zsyntezowanego proszku na zmianę właściwości fizykomechanicznych kompozytów w procesie degradacji. Próbki do badań otrzymano metodą liofilizacji. Proces degradacji badano poprzez pomiar ubytku masy, zmiany mikrostruktury, powierzchni właściwej, gęstości i wytrzymałości na ściskanie w czasie. Pomiary prowadzono po 3, 6 i 12 tygodniach inkubacji w soli fizjologicznej buforowanej fosforanem (PBS). Wyniki badań wykazały, że proces degradacji badanych kompozytów jest bardzo wolny, a dodatek zsyntezowanego HA nieznacznie go przyspiesza. Ubytek masy kompozytu po 12 tygodniach inkubacji w PBS wynosił zaledwie 0,47%. Procesowi degradacji towarzyszy spadek gęstości i wzrost powierzchni właściwej materiału w czasie. Porównanie wytrzymałości opracowanych kompozytów PCL/HA przed i po 12 tygodniach inkubacji w PBS, pozwala wnioskować, że dodatek zsyntezowanego hydroksyapatytu wpływa na wzrost wytrzymałości kompozytów w czasie (nawet do 20%).Polycaprolactone-based composites with filler in the form of hydroxyapatite fibers are one of the potential materials for tissue engineering applications. These materials are characterized not only by adequate porosity and mechanical strength, but also by bioactivity, biocompatibility and bioresorbability. From the point of view of the applicability of a given material, it is extremely important to control the degradation process of the composite over time, so that the scaffold can provide mechanical stability until the defect is restored. The paper presents the results of the study of the effect of the degradation process on the physicomechanical properties of the developed porous composites based on polycaprolactone (PCL) with the addition of synthesized hydroxyapatite (HA) fibers of different morphologies. In the study, special attention was paid to the effect of the synthesized powder on the change of physicomechanical properties of the composites during the degradation process. Samples for the study were obtained by freeze-drying method. The degradation process was studied by measuring weight loss, changes in microstructure, specific surface area, density and compressive strength over time. Measurements were conducted after 3, 6 and 12 weeks of incubation in PBS (phosphate-buffered saline). The results showed that the addition of synthesized HA slightly accelerates the degradation process of PCL/HA composites. Nevertheless, the degradation process is very slow. The weight loss of the composite after 12 weeks of incubation in PBS was only 0.47%. The degradation process is accompanied by a decrease in density and an increase in the specific surface area of the material over time. A comparison of the strength of the developed PCL/HA composites before and after 12 weeks of incubation in PBS, allows us to conclude that the addition of synthesized hydroxyapatite affects the increase in the strength of the composites over time (up to 20%)

MTA-type cement based on ZnO-enriched tricalcium silicate – evaluation of cytotoxicity and bactericidal activity

W artykule przedstawiono wyniki badań in vitro dotyczące cytotoksyczności i działania bakteriobójczego materiału do stosowania w endodoncji – cementu typu MTA (ang. Mineral Trioxide Aggregate) o nowym składzie chemicznym. Cement wytworzono na bazie krzemianu trójwapnia wzbogaconego ZnO i płynu będącego 15% roztworem CaCl2 , a jako czynnik wprowadzający kontrast RTG zastosowano ZrO2 . Wytworzony cement MTA oceniono poprzez scharakteryzowanie właściwości fizykochemicznych obejmujących: czas wiązania, wytrzymałość na ściskanie, a także kontrast RTG i bioaktywność w roztworze symulującym osocze (SBF). Do zbadania wpływu ziaren ZrO2 na ilość i wielkość porów w cemencie wykorzystano technikę mikrotomografii komputerowej (µCT). Działanie cytotoksyczne cementów oceniano przez zastosowanie referencyjnej linii komórkowej L-929. Warunki hodowli komórkowej w kontakcie z badanymi materiałami lub ekstraktami z cementów oceniano za pomocą analizy obrazu lub testu kolorymetrycznego MTT. Do badania aktywności przeciwbakteryjnej wykorzystano dwa szczepy paciorkowców: Streptococcus mutans i Streptococcus sanguinis. Opracowany cement typu MTA charakteryzuje się odpowiednimi właściwościami użytkowymi i spełnia wymagania zawarte w normie PN-EN ISO 10993-5:2009 „Biologiczna ocena wyrobów medycznych, część 5: Badania cytotoksyczności in vitro”. Jednak, aby mógł być rozważany jako bezpieczny wyrób medyczny do wypełniania wstecznego kanałów korzeniowych, wymaga dalszych badań.The article presents the results of in vitro cytotoxicity and bactericidal activity of MTA-type cement (Mineral Trioxide Aggregate) for endodontics with a new chemical composition. The cement was made on the basis of ZnO-enriched tricalcium silicate and a liquid being a 15% CaCl2 solution. ZrO2 was used as an X-ray radiopacity agent in the cement. The produced MTA-type cement was assessed by characterizing the physicochemical properties including: setting time, compressive strength, as well as X-ray radiopacity and bioactivity in a simulated body fluid (SBF). Microtomography technique (µCT) was used to investigate the effect of ZrO2 grains on the number and size of pores in the cement. The cytotoxic activity of the cements was assessed by using the reference L-929 cell line. Cell culture conditions in contact with test materials or cement extracts were assessed by image analysis or MTT colorimetric test. Two strains of streptococci were used to test the antibacterial activity: Streptococcus mutans and Streptococcus sanguinis. The developed MTA cement has appropriate functional properties and meets the requirements of the PNEN ISO 10993-5:2009 standard "Biological evaluation of medical devices, Part 5: In vitro cytotoxicity tests". However, in order to be considered a safe medical device for retrograde root canal filling, it requires further research

Calcination and ion substitution improve physicochemical and biological properties of nanohydroxyapatite for bone tissue engineering applications

Abstract Nanohydroxyapatite (nanoHAP) is widely used in bone regeneration, but there is a need to enhance its properties to provide stimuli for cell commitment and osteoconduction. This study examines the effect of calcination at 1200 °C on the physicochemical and biological properties of nanoHAP doped with magnesium (Mg2+), strontium (Sr2+), and zinc (Zn2+). A synergistic effect of dual modification on nanoHAP biological properties was investigated. The materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), BET analysis, Fourier-transform spectroscopy, and thermal analysis methods. Furthermore, ion release tests and in vitro biological characterization, including cytocompatibility, reactive oxygen species production, osteoconductive potential and cell proliferation, were performed. The XRD results indicate that the ion substitution of nanoHAP has no effect on the apatite structure, and after calcination, β-tricalcium phosphate (β-TCP) is formed as an additional phase. SEM analysis showed that calcination induces the agglomeration of particles and changes in surface morphology. A decrease in the specific surface area and in the ion release rate was observed. Combining calcination and nanoHAP ion modification is beneficial for cell proliferation and osteoblast response and provide additional stimuli for cell commitment in bone regeneration

Effects of Sterilization and Hydrolytic Degradation on the Structure, Morphology and Compressive Strength of Polylactide-Hydroxyapatite Composites

Composites based on polylactide (PLA) and hydroxyapatite (HA) were prepared using a thermally induced phase separation method. In the experimental design, the PLA with low weight-average molar mass (Mw) and high Mw were tested with the inclusion of HA synthesized as whiskers or hexagonal rods. In addition, the structure of HA whiskers was doped with Zn, whereas hexagonal rods were mixed with Sr salt. The composites were sterilized and then incubated in phosphate-buffered saline for 12 weeks at 37 °C, followed by characterization of pore size distribution, molecular properties, density and mechanical strength. Results showed a substantial reduction of PLA Mw for both polymers due to the preparation of composites, their sterilization and incubation. The distribution of pore size effectively increased after the degradation process, whereas the sterilization, furthermore, had an impact on pore size distribution depending on HA added. The inclusion of HA reduced to some extent the degradation of PLA quantitatively in the weight loss in vitro compared to the control without HA. All produced materials showed no cytotoxicity when validated against L929 mouse skin fibroblasts and hFOB 1.19 human osteoblasts. The lack of cytotoxicity was accompanied by the immunocompatibility with human monocytic cells that were able to detect pyrogenic contaminants