|
|
Mechanisms and kinetics of poly(3-hydroxybutyrate) reactions
Melčová, Veronika ; Sedláček,, Tomáš (oponent) ; Bakoš, Dušan (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
This thesis deals with melt reactions of bacterial biopolymer poly(3-hydroxybutyrate) with selected reactive agents. Compounds of different functional groups; isocyanates, carbodiimides, alcohols and epoxides; and functionalities; from two to polyfunctional; were exploited. The aim is to characterize the kinetics of the polymer's thermal degradation during processing with and without the addition of aforementioned reagents in different dosages. For that, rheological measurement consisting of four subsequent frequency sweeps covering a range of 0.1–50 Hz was carried out and obtained data were evaluated to gain a viscosity loss rate. This kinetic parameter enabled the comparison of the effects of individual reagents. Moreover, reactive samples were prepared by kneading, where melt torque was recorded and discussed, and also by solution method, where solution viscosity was measured. The thermal properties, molecular weight and infrared spectra of such prepared samples were studied. Among the tested additives, polymeric carbodiimide Raschig 9000, hexamethylene diisocyanate, poly(glycidyl methacrylate) synthetized for the purpose of this work, and poly(hexamethylene diisocyanate) showed the best overall results in performed experiments. Notably, the sample with a 100-fold molar overdose of Raschig had a 20–30% lower value of the viscosity loss factor than the reference in the frequency region 0.1–5 Hz. In addition, an enzymatic biodegradability test with lipase and in abiotic conditions was carried out. Poly(3-hydroxybutyrate) additivated with poly(glycidyl methacrylate) showed the highest rate of molecular weight decrease.
|
|
|
Poly(3-hydroxybutyrate) based materials for 3D printing in medical applications
Krobot, Štěpán ; Vojtová, Lucy (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
This master's thesis deals with the preparation and testing of 3D printed scaffolds for bone tissue engineering. The aim of the thesis is laboratory preparation of polymer blends on the basis of poly(3-hydroxybutyrate), poly(lactic acid) and polycaprolactone and their processing into the form of 3D printing filaments. Three polymeric blends were prepared and processed into the form of 3D printing filaments. Differential scanning calorimetry was conducted to evaluate the thermal properties, followed by temperature tower test and warping test to determine the processing conditions for 3D printing. The lowest warping coefficient was 1.26 for a blend of poly(3-hydroxybutyrate) with polycaprolactone and plasticizer. Tensile test, three-point flexural test and compression test were used to study the mechanical properties of materials. Scaffolds with different surfaces for bone tissue engineering were 3D printed from prepared filaments to determine the most optimal surface for cell proliferation. To determine the surface properties and their influence on cell adhesion, optical contact angle measurement with the use of OWRK method to calculate surface energy was conducted. 3D printed surfaces were also subjected to roughness analysis by confocal microscopy to determine their roughness and its effect on contact angle with water and cell growth. Finally, in the last part, in vitro tests on scaffolds were conducted in collaboration with the Institute of Experimental Medicine (Czech Academy of Sciences) to find out whether the prepared materials are non-cytotoxic and how the surface of scaffold affects the cell growth and proliferation. In the end, two out of three materials were proven to be non-cytotoxic (both blends of poly(3-hydroxybutyrate) with polycaprolactone) and that their mechanical properties were comparable with human trabecular bone. The most optimal surface for cell growth is probably grid diameter 50 m with roughness along the perimeter 1.9 m, which corresponds with water contact angle 74.1°.
|
|
|
Biokompozity na bázi polyhydroxybutyrátu pro 3D tisk
Horálek, Matyáš ; Tocháček, Jiří (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Tématem předkládané diplomové práce je příprava a charakterizace biokompozitního materiálu na bázi poly-3-hydroxybutyrátu. Biokompozitní materiály byly připravovány s ohledem na jejich použití v oblasti 3D tisku. V rámci diplomové práce byla vyvinuta metodika pro hodnocení různých materiálů, jejich vhodnosti pro 3D tisk, termických a mechanických vlastností. V první části této práce byla pozornost zaměřena zejména na sledováni vlivu teploty a procentuálního plnění na vizuální kvalitu tištěného výrobku a dále pak tendence materiálu k warpingu při 3D tisku. Pro vyhodnocení získaných dat byla použita metoda plánovaného experimentu. Bylo prokázáno, že obsah kaolinu a tributyl citrátu má pozitivní účinek na snižování warpingu. Optimalizací receptur biokompozitů bylo dosaženo zvýšení hodnot modulu pružnosti v tahu, tažnosti, meze pevnosti, ale také vrubové i rázové houževnatosti.
|
|
|
Optimalizace biokompozitu na bázi poly(3-hydroxybutyrátu) s ohledem na tisknutelnost a mechanické vlastnosti
Chaloupková, Kateřina ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Předkládaná práce se věnuje přípravě a optimalizaci biokompatibilního materiálu na bázi poly(3-hydroxybutyrátu). Dalšími složkami připravených vzorků jsou poly(kyselina mléčná), hydroxyapatit a komerční změkčovadlo Syncroflex3114. Jednotlivé složky byly vybrány na základě jejich biokompatibility a vlastností potenciálně využitelných v tkáňovém inženýrství. Obsahem teoretické části práce je zpracování obecného přehledu kostní tkáně a rešerše materiálů využívaných v regeneraci kostí. Část práce se také věnuje problematice scaffoldů. Součástí experimentální práce je plánovaný experiment, který slouží k optimalizaci směsi s ohledem na tisknutelnost a mechanické vlastnosti. Prvním krokem je příprava vzorků na základě navržených podmínek a jejich následné zpracování do formy filamentu s přesným průměrem 1,75 mm pro 3D tisk metodou modelování depozicí taveniny. Z připravených filamentů byla vytištěna testovací tělesa pro následující experimenty: teplotní věž, měření warping koeficientu, ohybová a tlaková zkouška. Data z těchto experimentů byla zpracována pomocí matematického modelu do formy rovnic a grafů, které znázorňují vliv složek materiálu na měřenou veličinu. Bylo zjištěno, že nejvýznamněji vlastnosti ovlivňuje množství změkčovadla ve vzorku. Tento vliv je ve všech případech negativní a zhoršuje vybrané hodnocené vlastnosti materiálu. Výsledkem plánovaného experimentu je také receptura optimalizovaná na co nejlepší tisknutelnost a mechanické vlastnosti (ohybový modul 3,3 GPa a tlakový modul 2,3 GPa). S ohledem na potenciální aplikaci materiálu ve tkáňovém inženýrství kostí byly pro vybrané vzorky provedeny první screeningové testy urychlené biodegradace. Výsledky urychlené degradace nejsou jednoznačné a je nutná jejich další optimalizace. Současně s diplomovou prací probíhalo biologické testování nosičů vytištěných na 3D tiskárně z vybraných připravených materiálů. Všechny testované vzorky byly shledány jako biokompatibilní.
|
|
|
Příprava akrylátových monomerů na bázi poly(3-hydroxybutyrátu)
Liška, Marek ; Přikryl, Radek (oponent) ; Figalla, Silvestr (vedoucí práce)
Cílem této práce je rešerše a následná laboratorní příprava akrylátových (methakrylátových) monomerů na bázi poly(3-hydroxybutyrátu). Monomery byly připraveny dvoustupňovými syntézami, ve kterých v prvním kroku byl P3HB alkoholyzován pomocí vybraných alkoholů a následně byly reakcí s polymethylmethakrylátem připraveny jejich methakrylované deriváty. Vybrané alkoholy pro jednotlivé syntézy byly ethanol a ethylenglykol. Připraveny byly vcelku 4 látky, ethyl-3-hydroxybutyrát, 2-hydoxyethyl-3-hydroxybutyrát a jejich methakryláty. Velkou částí této práce je také analýza reakčních směsí, připravených látek a jejich následná charakteristika. Analýza byla provedena s využitím titračních a také i instrumentálních metod. Mezi instrumentální analytické metody využité v této práci patří gelová permeační chromatografie (GPC), infračervená spektroskopie (FTIR), nukleární magnetická rezonance (NMR), termogravimetrie (TGA) a diferenční skenovací kalorimetrie (DSC). Práce se také zabývá přípravou polymerů s využitím připravených methakrylátů jako surovin. Zesíťované polymery mají díky nízké teplotě skelného přechodu vlastnosti elastomeru.
|
|
|
Microfibers based on polyhydroxybutyrate for medical applications
Gregušková, Zuzana ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Master’s thesis targets microfibers based on biopolymer poly(3-hydroxybutyrate) and their use in medical applications. The theoretical part deals with a study of the microfibers creation process using the technology of centrifugal spinning, its kinetics and factors influencing the creation and properties of prepared microfibres. Subsequently, the theoretical part orientates on a short overview of biopolymers used in the technology, characterization of material poly(3-hydroxybutyrate). It also presents a proposal of a potential target application of the microfibres. The experimental part concentrates on microfibers preparation from the mentioned poly(3-hydroxybutyrate). Several parameters leading to better spinnability of the material are tracked and optimized. The practical part is extended by modifying the polymer solution by adding other biopolymers and plasticizers and producing microfibres from the polymer mixture thus treated. Attention is also paid to the optimization of process parameters. Moreover, the prepared microfibres are analyzed and characterized by several methods and compared to develop a suitable alternative to currently used substrates for cell growth in 3D.
|
|
|
Vliv chemické struktury změkčovadla na vlastnosti bioplastu na bázi polyhydroxybutyrátu
Stehnová, Ivana ; Alexy, Pavol (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá změkčováním poly(3-hydroxybutyrátu), kyseliny polymléčné a jejich směsi. Zjišťuje vliv chemické struktury změkčovadla na mechanické vlastnosti této polymerní směsi i na jeho difúzi z ní. Byla syntetizována změkčovadla na bázi oligomerních polyadipátů, citrátů, polylaktidu a esterů kyseliny 2-ethylhexanové s poly(ethylenglykolem). Distribuce molekulových hmot-ností syntetizovaných změkčovadel byla stanovena pomocí gelové permeační chromatografie. Poly(3-hydroxybutyrát), kyselina polymléčná i jejich směs byly měkčeny syntetizovanými a komerčními změkčovadly. Z komerčních byla vybrána změkčovadla na bázi citrátů a esteru kyseliny 2-ethylhexanové s poly(ethylenglykolem). Pomocí termogravimetrické analýzy byla studována termická stabilita vybraných komerčních změkčovadel v kyselině polymléčné. Sledována byla také difúze změkčovadel z poly(3-hydroxybutyrátu), kyseliny polymléčné a z jejich směsi při 110 °C. Pomocí tahové zkoušky byly testovány mechanické vlastnosti připravených směsí. Téměř všechna změkčovadla vykazovala ve směsi pozitivní změkčující efekt. Nejvyšší tažnost byla zaznamenána u směsi s komerčním acetyltributylcitrátem, u níž tažnost dosáhla 328 % oproti 21 % pro neměkčenou směs.
|
|
|
Studium sorpčních vlastností mikroplastů
Hlaváčková, Hana ; Kučerík, Jiří (oponent) ; Řezáčová, Veronika (vedoucí práce)
V současné době je snaha nahradit konvenční plasty biodegradabilními produkty, které budou mít schopnost zastoupit tyto látky. Jedním z případných, v současnosti detailně studovaným biologicky odbouratelným plastem, je i poly(3-hydroxybutyrát), který je produkován bakteriemi. Tato bakalářská práce se zabývá sorpcí vybraných látek na mikročástice poly(3-hydroxybutyrátu). Pro tuto práci byly vybrané látky, jejichž kontaminace vodních zdrojů představuje v dnešní době markantní problém. Konkrétně byly studovány sorpce nesteroidní protizánětlivé látky ibuprofenu, triazolového fungicidu tebuconazolu a nejrozšířenější drogy kofeinu na PHB částice, které velikostně spadají do skupiny mikroplastů. K analýzám byla využita metoda kapalinové chromatografie s hmotnostní detekcí.
|
|
|
Biokompozitní materiál pro 3D tisk v regenerativní medicíně
Chaloupková, Kateřina ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Předkládaná práce se věnuje přípravě materiálu k využití v regenerativní medicíně na bázi poly(3-hydroxybutyrátu) a jeho následnou charakterizací. Kromě poly(3-hydroxybutyrátu) byly použity materiály kyselina polymléčná (PLA), trikalcium fosfát (TCP) a dva druhy změkčovadel Citroflex®B-6 (CB6) a Syncroflex3114 (S3114). Tyto materiály byly vybrány na základě jejich biokompatibility a v případě TCP i bioaktivity. TCP umožňuje růst nové kostní tkáně na povrchu scaffoldu. PLA byla použita za účelem zlepšení mechanických vlastností materiálu. Obě změkčovadla byla využita ke zlepšení zpracovatelnosti materiálu. Obsahem teoretické části práce je literární rešerše obsahující základní informace o použitých materiálech. Cílem experimentální části práce je samotná příprava materiálu, charakterizace vlastností a stanovení tisknutelnosti na 3D tiskárně. Studovány byly termické vlastnosti materiálu, a to termogravimetrickou analýzou a diferenciální kompenzační kalorimetrií. Práce se též zabývá problematikou 3D tisku a to především FDM technologií, tedy modelováním depozicí taveniny. Bylo zjištěno, že se materiály obsahující změkčovadlo syncroflex lépe zpracovávají, a tedy i tisknou na 3D tiskárně. Provedenými testy tisknutelnosti jsou teplotní věže a plnící studie. Vytisknuté vzorky byly podrobeny mechanickým analýzám: tahové a ohybové zkoušce. V rámci práce byly charakterizovány TCP částice pomocí analyzátoru velikosti částic. Průměrná velikost TCP částic je 10,76 µm. Pomocí SEM-EDX byla následně pozorována distribuce TCP ve filamentech vzorků, kde bylo zjištěno, že smísením částic TCP se zbylými komponenty materiálů dochází k aglomeraci TCP částic do útvarů velkých až 20 µm. Konfokální mikroskopií byla stanovena drsnost materiálů. V rámci práce byla též zjištěna cytotoxicita na výluzích vzorků na myších fibroblastech. Cytotoxicita byla zjišťována testem metabolické aktivity a pomocí světelné mikroskopie. Test metabolické aktivity dokázal biokompatibilitu pozorovaných materiálů, proto bylo možné provést testy buněčné proliferace a biokompatibility přímo na vzorcích. Testy byly provedeny s využitím lidských mezenchymálních kmenových buněk. Pro zjištění buněčné proliferace byla využita DNA kvantifikace. Tvar buněk byl následně pozorován konfokální mikroskopií. Testy potvrdily růst buněk a jejich vhodný tvar. Diferenciace kmenových buněk na kostní byla provedena měřením aktivity alkalické fosfatázy (ALP).
|
|
|
Izolace ligninu z hroznových semen a jeho aplikace jako plniva pro polyhydroxyalkanoáty (PHA)
Vostrejš, Pavel ; Vítová, Eva (oponent) ; Kovalčík, Adriána (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá přípravou polymerních filmů z polyhydroxyalkanoátů (PHA) a jejich modifikací přídavkem ligninu jako aktivního aditiva. Motivací bylo vytvořit materiál s potenciálním využitím jako aktivní obal potravin. Polymerní filmy byly připraveny z čistého krystalického poly(3-hydroxybutyrátu) (P3HB) nebo ze směsi krystalického P3HB a amorfního polyhydroxyalkanoátu (P3HB/PHA). Aplikovaný lignin byl izolován z hroznových semínek, které jsou odpadním produktem ve vinařském průmyslu. Izolovaný lignin byl dále upraven acetylací za účelem zlepšení jeho rozpustnosti v chloroformu. Lignin byl charakterizován stanovením prvkového složení, minerálních látek a infračervenou spektroskopií (FTIR). Dále byla metodou FTIR potvrzena úspěšná acetylace ligninu. Lignin byl přidán jako aktivní aditivum v koncentraci, 1, 5 a 10 % do P3HB a P3HB/PHA filmů připravených rozpouštěním v chloroformu. Byly testovány termální a mechanické vlastnosti polymerních filmů s ligninem a bez ligninu. U P3HB filmů nebylo zaznamenáno zlepšení mechanických vlastností přidáním ligninu. Avšak u směsného polymeru P3HB/PHA došlo u filmů s ligninem k výraznému zlepšení Youngova modulu a pevnosti v tahu. Naopak aplikace acetylovaného ligninu se pro zlepšení mechanických vlastností neosvědčila. Termální vlastnosti byly hodnoceny pomocí metod diferenční skenovací kalorimetrie a termogravimetrie. Bylo zjištěno, že lignin zvýšil tepelnou stabilitu PHA filmů a byl potvrzen jeho účinek jako nukleačního činidla. Funkci aktivního obalu zajišťoval lignin svými antioxidačními vlastnostmi, které byly prokázány ABTS testem. Dále byly ověřeny bariérové vlastnosti. Připravený materiál vykazoval v porovnání s běžně používanými polymery velmi dobré hodnoty.
|
host ::
RSS.