|
|
Microbial Degradation of Polycaprolactone-based Materials
Damborský, Pavel ; Stratilová, Eva (oponent) ; Hermanová, Soňa (vedoucí práce)
The thesis deals with the issue of the effect of nutritious factors and aeration on Bacillus subtilis (CCM 1999) lipase production, which was studied from the viewpoint of the crucial action of lipases on polyester chains degradation. The parameters such as bacterial growth, lipolytic activity, pH optimum, temperature optimum, thermal stability, proteolytic activity, the amount of proteins, etc. were determined in three types of media inoculated by Bacillus subtilis. One sample set of media: peptone and yeast extract (NB), medium consisted in peptone and yeast extract with the addition of 2% (w/v) glucose (NBG) and mineral solution with yeast extract (MS-YE) contained poly(-caprolactone), PCL film (Mn = 10 kDa, = 1.4). Experiments were performed for 21 days under shaking at 160 and 200 rpm. The presence of PCL caused in both types of media (NB, NBG) higher values of lipolytic activity of Bacillus subtilis indicating the participation of released low-molecular weight species as the products of PCL biodegradation. In BS-inoculated MS-YE medium low lipolytic activity of Bacillus subtilis as compared with those measured in NB and NBG media was determined even in the presence of PCL. During experiment pH value shifted from neutral (pH 7.0) to alkaline (pH 8.5 – 9.3) region for all types of media with and without PCL specimens. This fact indicates negligible pH changes in microenvironment due to the degradation products and/or metabolites. Lipolytic enzymes determined in supernatants free of bacterial cells have shown two pH optima in the presence of PCL, at pH 7 and 9. Lipase in the absence of polymer displayed optimum pH of 7. Measurement of thermal stability demonstrated that extracellular lipases as relative thermostable enzyme especially in the absence of polymer. The basic proteomic analysis by peptide mass fingerprint (PMF) of lipases produced by Bacillus subtilis at NBG medium after one week of cultivation was performed. The presence of proteins with molecular weight (19.3 kDa) close to that reported for lipases was verified through FPLC. Both SDS-PAGE and IEF-PAGE indicated presence of these proteins in both studied media (NBG vs. NBG/PCL). However, no differences have been found in the presence of PCL and no lipase was truly identified through MALDI-TOF mass spectrometry. The occurrence of degradation process in PCL samples was also documented by their gradual weight loss, which was seen in all media types as the synergic effect of lipase- and base-catalyzed ester bond scission. Model degradation study of PCL and its composite with graphene oxide (2.7 wt% GO) was performed in the presence of Bacillus subtilis in NBG medium at 30 °C and initial pH 7 for three weeks. The weight loss of PCL films gradually increased during whole degradation test up to 12 wt%. Degradation of PCL/GO composite proceeds slower as documented by maximum weight loss of 5.0 wt%. The similar character of elution curves of both PCL and its composite, determined by SEC analysis, indicated shifting to lower molecular region.
|
|
|
Biodegradable polyurethanes based on poly(ethylene glycol)
Kupka, Vojtěch ; Žídek, Jan (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
Presented diploma thesis deals with synthesis of biodegradable polyurethanes (bio-PUs) based on poly(ethylene glycol) (PEG) and poly(e-caprolactone) (PCL) with potential use in medicine. The aim of the work was to develop the methodology for synthesis of elastomeric polyurethane that could be formed into scaffold applicable in tissue engineering for regenerative human medicine. The theoretical part summarizes the knowledge of various kinds of materials which are possible to use for intended application. Scaffold forming techniques, their biocompatibility and characterization of properties of resulting materials are involved. The experimental part is focused on the development of suitable methodology to prepare functional samples based on PEG, PCL, hexamethylene diisocyanate (HMDI) and stannous octoate as the catalyst. Effect of bio-PUs composition (mainly different amount and molecular weight of PEG) on the swelling and hydrolytic stability was investigated together with testing mechanical properties, monitoring the net formation and the degree of conversion. The morphology of prepared samples was analyzed by optical microscopy, chemical composition was confirmed by infrared spectroscopy and the thermal properties were measured by differential scanning calorimetry. As for methodology development, it was found that it is necessary to degas all feedstocks before synthesis, otherwise non-well polymerized samples with different pore size have been obtained. Synthesis of bio-PU was realized under the nitrogen atmosphere in two steps. First, both polyols (PEG and PCL) were homogenized on the vacuum line at 130 °C followed by the addition of HMDI in the second step at 65 °C in glove-bag to obtain bio-PU samples. Finally samples were cured at the mould for 48 hours at 65 °C in oven. Based on the physical conditions of samples preparations, flexible bio-PU from white films through cloudy (with visible phase separation) to transparent films (clear) were obtained. Phase separation was confirmed by optical microscopy showing typical spherulite structure of crystalline phase (PCL) in amorphous matrix of PEG. The monitoring of net formation confirmed maximal conversion of polymerization (96 %) already after 4 hours of curing in the oven. Mechanical properties testing showed that important influence to rupture strength has isocyanate index (NCO/OH ratio). Different molecular weight of PEG showed influence to tensile properties as the specimens were completely cross-linked. Characterization of swelling exhibited increase the water uptake of samples with growing molecular weight of PEG (from 28 up to 58 wt.%). As well as, the bio- PU samples having higher molecular weight of PEG degraded faster in water at 37 °C. In presented diploma thesis was confirmed that it is possible to control the hydrolytic stability of obtained biodegradable polyurethane elastomers by the amount and the molecular weight of PEG.
|
|
|
Polykaprolakton, jeho syntéza, charakterizace a degradabilita
Boháčová, Zdeňka ; Vojtová, Lucy (oponent) ; Hermanová, Soňa (vedoucí práce)
Předložená diplomová práce se zabývá studiem polymerace za otevření kruhu (ROP) kaprolaktonu katalyzované pomocí nových organických a organokovových sloučenin. V teoretické části práce jsou na základě literární rešerše popsány přehledy syntetických strategií a katalytických/iniciačních systémů pro ROP laktonů. V experimentální části byla provedena série polymerací -kaprolaktonu zaměřená na studium polymeračních podmínek (poměry rozpouštědlo/monomer, katalyzátor/iniciátor, monomer/iniciátor a koncentrace monomeru) v rozmezí teplot 25-70 °C. Provedená experimentální studie byla zaměřena na katalytické prekurzory na bázi organických karbenů (tBuNCH=CHN+tBu)CH Cl- (NHC-tBu) v roztoku tetrahydrofuranu a triazolového komplexu hliníku {O,O’-[4,5-P(O)Ph2tz]-AlMe2}, Ph = fenyl, tz = triazol, (OAlMe2) v roztoku chlorbenzenu. Připravené polymery byly charakterizovány pomocí 1H NMR spektroskopie (Bruker Avance), diferenciální skenovací kalorimetrie (TA Instruments Q 2000) a gelové permeační chromatografie (Agilent Technologies 1100 series). U připraveného vzorku s Mn = 12 kg/mol, Mw/Mn = 2,5 a se stupněm krystalinity 53 % byla otestována degradabilita účinkem mikroorganismu. Polymer ve formě lisované fólie a prášku byl vystaven působení bakteriálního kmene Bacillus subtilis (BS) v minerálním a živném médiu po dobu 42 dnů. Rastrovací elektronová mikroskopie (SEM) a konfokální laserová rastrovací mikroskopie (CLSM) potvrdily vývoj trhlin na povrchu filmu v porovnání s nezměněným povrchem kontrolních vzorků jako následek mikrobiálního ataku. Dále bylo pozorováno rozvinutí růžového zbarvení suspenze polymeru v důsledku aktivity mikroorganismu.
|
|
| |
|
|
Biodegradace s využitím termofilních mikroorganismů
Varmužová, Tamara ; Márová, Ivana (oponent) ; Babák, Libor (vedoucí práce)
Obsahem této diplomové práce je studium biodegradability modifikovaných polyuretanových fólií v syntetickém médiu s minerály a vitamíny na temperovaných třepačkách pomocí směsné termofilní aerobní bakteriální kultury rodů Bacillus a Thermus. Přídavkem biopolymerních plnidel (karboxymethyl celulosa, hydroxyethyl celulosa, acetylovaná celulosa, acetylovaný škrob a pšeničná bílkovina) se ve většině případech zvyšovala biodegradabilita fólií s plnidlem v porovnání s fólií bez plnidla (referenční). Růst kultury nejvíce podporovaly fólie modifikované 10 % acetylované celulosy a 10 % karboxymethyl celulosy. Při degradaci fólií docházelo nejdříve k abiotickému rozkladu fólie a následně k využití štěpných produktů bakteriálními kulturami.
|
|
|
Biodegradace organických látek aplikací termofilní kultury
Piechová, Jana ; Burdychová, Radka (oponent) ; Babák, Libor (vedoucí práce)
Cílem práce je studium biodegradability modifikovaných polyuretanových materiálů (pěn a folií) v glukosovém mediu a biodegadability syrovátky pomocí směsné aerobní termofilní bakteriální kultury rodů Bacillus a Thermus. Kultivace probíhaly ve fermentoru a v Erlenmayerových baňkách na temperované třepačce. Nejlépe probíhala degradace polyuretanů při odbourávání ve fermentoru. Docházelo zde k nejvýraznějšímu nárůstu biomasy i poklesu CHSK. Hlavní vliv na degradaci měl abiotický rozpad materiálu a až následně se mohla projevit utilizace štěpných produktů mikrobiálními kulturami. Z dosažených výsledků se jako nejvhodnější modifikační činidlo jeví 10 % karboxymethyl celulóza. Srovnáním polyuretanových pěn a folií jsou lépe odbouratelné polyuretany ve formě pěn. Odbouráváním syrovátky ve fermentoru, která byla zbavena bílkovin, bylo dosaženo 50% poklesu CHSK a laktosy v prvních 20 hodinách. Optimální pH pro biodegradaci syrovátky pro kultivace směsnou termofilní bakteriální kulturu se jeví hodnota 6,5.
|
|
|
Biotransformace aromatických nitrolátek
Tomeček, Jaromír ; Bednařík, Karel (oponent) ; Friedl, Zdeněk (vedoucí práce)
Kontaminace životního prostředí aromatickými nitrolátkami, ať už se jedná o výbušniny, pesticidy nebo ostatní podobné látky, je celosvětovým a donedávna i přehlíženým problémem. Následující text se zaměřuje na kontaminaci látkami pocházejícími z vojenského a muničního průmyslu a to především 2,4,6-trinitrotoluen (TNT), dále pak 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazinan (RDX), 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazokan (HMX). Prvním cílem této práce je popsat aerobní biodegradační a transformační procesy rozkladu výše uvedených aromatických nitrolátek. Druhým cílem je porovnat toxicitu výchozích nitroaromátů a jejich transformačních meziproduktů a produktů. Třetím cílem je poskytnout realistický odhad současného a budoucího praktického využití strategií biodegradace.
|
|
|
Modification of polyurethane by biodegradable poly(hydroxybutyrate)
Kupka, Vojtěch ; Žídek, Jan (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
The aim of the presented bachelor thesis was the synthesis of elastomeric polyurethane filled by biodegradable polyhydroxybutyrate. The morphology of samples was analyzed by scanning electron microscopy and mechanical properties were tested by tensile measurement. Moreover, the work deals with prediction of mechanical properties based on rubber elasticity theory. It was found that prepared specimens have a character of particle – reinforced composite materials. Corresponding to divination, the biodegradable filler content enhancement in polyurethane matrix leaded to an increase of the elastic modulus. Prediction of stress-strain curves, which was done by SEC.exe software, showed for real behavior of stress-strain curve having unreal values of network density of polymer chains. While real values of chains network density were used in simulation, stress-strain data were higher than the measured ones.
|
|
| |
|
|
Možnosti odbourávání syntetických makromolekulárních látek se zaměřením na biodegradace
Zichová, Miroslava ; Ondruška, Vladimír (oponent) ; Babák, Libor (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá možnostmi odbourávání syntetických makromolekulárních látek. Je zde popsána degradace mechanická, chemická a fyzikálně-chemická, práce se však zaměřuje hlavně na biodegradaci. Biodegradace polymeru je jeho rozklad pomocí mikroorganismů. Cílem této práce je poukázat na výhody biodegradace oproti jiným degradačním metodám a dále uspořádat získané poznatky o biodegradaci konkrétních makromolekulárních látek. Jsou zde shrnuty poznatky o degradaci polyuretanů tvořících výjimku mezi syntetickými polymery, které jsou většinou odolné vůči biodegradaci. Pozornost je také věnována plastům se zkrácenou životností.
|
host ::
RSS.