|
|
Composting of biodegradable polymers
Hollá, Tereza ; Smilek, Jiří (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
This master’s thesis deals with the study of composting of polyhydroxybutyrate (PHB) and polylactic acid (PLA). The experimental part focuses on the composting test based on the IS/ISO 20200 standard, in which biopolymers were degraded within 8 weeks. The advantage of the composting test was the unique use of bags for polymer granules, which simplified the handling of samples. The placement of the polymers ensured an even load of compost, which simulated the landfill environment, which also made this experiment exceptional. The use of different methods of analysis ensured the investigation of the influence of compost on the degradation of polymers, but also the influence of polymers on the compost microbiome. In the compost environment all of the studied polymers degraded. After 8 weeks the weight loss of approximately 40 % was detected in PHB. Amorphous PLA degraded completely in the 5th week of experiment, while semicrystalline PLA lost approximately 70 % of its weight in 8 weeks. Using SEM images and SEC analysis, we conclude that PHB degradation was predominantly biological. Degradation of PLA samples was found to be predominantly abiotic. Analysis of compost samples revealed that the enzymatic activity of esterases increased in composts with polymers compared to compost without polymers. The effect of polymers on the microbiome in compost was analyzed using Biolog EcoPlates™. Compost with PHB showed a high ability to adapt to various substrates and microbiome expanded during composting. In the case of a sample with semicrystalline PLA, it was found that in the last week of composting, the ability of microorganisms to adapt and use substrates decreased, which indicates a possible negative effect of this polymer on compost development.
|
|
|
Modifikace polyhydroxybutyrátu roubováním funkčních skupin
Melčová, Veronika ; Tocháček, Jiří (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Předložená bakalářská práce se zabývá charakterizací vlivu chemické úpravy na termické a mechanické vlastností poly(3-hydroxybutyrátu). Pro studium byly vybrány dvě metody, a to chlorace a fluorace PHB. Cílem teoretické části práce bylo vytvořit ucelenou literární rešerši obsahující základní informace o polyhydroxybutyrátu a nejnovější poznatky o možnostech chemických úprav tohoto polymeru. Obsahem experimentální části je samotná chemická úprava materiálu, dále příprava vzorků k měření a provedení vybraných analýz. Chemicky roubované polymery byly podrobeny termogravimetrické analýze za účelem stanovení jejich termické stability. Pomocí diferenční kompenzační kalorimetrie byly sledovány entalpické změny v materiálu. Také byla sledována neizotermní krystalizace vzorků za účelem zhodnocení vlivu naroubovaného atomu halogenu na nukleační aktivitu polymeru. Vybrané vzorky byly podrobeny také dynamickomechanické analýze a tahové zkoušce.
|
|
|
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).
|
|
|
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.
|
|
|
Roubování VTMOS na PHB
Novotný, Igor ; Petruš, Josef (oponent) ; Kučera, František (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá roubováním trimethoxyvinylsilanu (VTMOS) na poly(3–hydroxybutyrát) (PHB) a následné charakterizaci množství naroubovaného VTMOS a změny termických vlastností spojené s rychlostí krystalizace. Teoretická část se zabývá mechanismem a vlivy spjatými s roubováním. V experimentální části byl roubován VTMOS na PHB aniž by VTMOS podléhal hydrolýze a následnému síťování. Metodou diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) a Avramiho rovnicí byl studován efekt roubované silanové skupiny na čistý PHB. Index toku byl použit na porovnání reologických vlastností výchozího, roubovaného a pomocí siloxanových vazeb zesíťovaného PHB.
|
|
|
Vlastnosti nanokompozitu na bázi PHB a HNT
Stehnová, Ivana ; Pavliňáková, Veronika (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Bakalářská práce se zabývá nanokompozitem obsahujícím polyhydroxybutyrátovou matrici plněnou halloysitovými nanotrubkami. Shrnuje poznatky optimalizace povrchové úpravy plniva, kompatibility mezi plnivem a polymerem, distribuce plniva v kompozitu a vlivu povrchové úpravy plniva, přípravy kompozitu a obsahu plniva v kompozitu na jeho mechanické vlastnosti. Úprava povrchu plniva byla provedena použitím 3-(trimethoxysilyl)propylmethakrylátu. Účinnost silanizace byla ověřena pomocí termogravimetrické analýzy a Ramanovy spektroskopie. Byly připraveny koncentráty obsahující neupravené a upravené nanoplnivo v poly(vinylacetátu) nebo poly(3-hydroxybutyrátu). Pomocí těchto koncentrátů byly připraveny kompozity obsahující 1 % a 3 % plniva. Distribuce plniva v koncentrátech i kompozitech a kompatibilita plniva s polymerem byly zjištěny skenovací elektronovou mikroskopií. Mechanické vlastnosti kompozitů byly testovány pomocí tahové zkoušky.
|
|
|
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.
|
|
|
Release of active substances from porous structures based on poly(3-hydroxybutyrate) (PHB)
Černeková, Nicole ; Veselá, Mária (oponent) ; Kovalčík, Adriána (vedoucí práce)
This bachelor thesis deals with the study of the release of active substances from porous structures based on poly(3-hydroxybutyrate) (P3HB). The theoretical part describes the basic characteristics of polyhydroxyalkanoates, their effect on the organism and method of electrospinning. In the experimental part, solutions of poly(3-hydroxybutyrate) in a solvent mixture of dichloromethane and chloroform were electrospun in three different ratios. The morphology of the formed fibrous porous structures was assessed by scanning electron microscopy, based on which the active substance, the antibiotic Levofloxacin, was incorporated into suitable structures. Antimicrobial activity of the antibiotic released from prepared porous structures was tested by the agar diffusion method against gram-negative bacteria Escherichia coli and Serratia marcescens, the gram-positive bacterium Micrococcus luteus and against the yeast Candida glabrata. The results showed a significant antimicrobial effect of the prepared samples against all bacterial cultures, in the case of the culture of yeasts, no zones of inhibition occurred. Next, the course of the active substance release from the prepared electrospun meshes was studied spectrophotometrically depending on the morphological structure. It was found that the active substance was successfully incorporated into electrospun fibers and the course of the drug release depended on the morphology of P3HB electrospun meshes.
|
|
|
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.
|
|
|
Využití termofilních bakterií k biodegradaci syntetických a přírodních polymerů
Csölle, Eduard ; Sedlář, Karel (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá využitím termofilní bakterie Schlegelella thermodepolymerans k biodegradaci vybraných polymerů, mezi které patří poly(3-hydroxybutyrát) (PHB), polyester kyseliny mléčné (PLA) a poly(butylen adipát-co-tereftalát) (PBAT). V teoretické části práce jsou přiblíženy vlastnosti a původ těchto bioplastů, charakteristika studovaných bakterií a celkový průběh biodegradačního procesu. Experimentální část je zaměřena na dvacetidenní kultivaci tří testovaných kmenů v přítomnosti zmíněných polymerů a následné zhodnocení míry degradace těchto materiálů. Největší nárůst biomasy byl pomocí spektrofotometrie pozorován u kmene DSM 15344 při kultivaci na PHB. Díky slepým vzorkům (bez polymerů) bylo prokázáno, že pro významnější růst musely bakterie opravdu utilizovat přítomné polymery. Gravimetrická analýza obsahu biomasy potvrdila, že nejvhodnějším substrátem pro kultivaci byl PHB. Největší hmotnostní ztráty byly zaznamenány u PHB a pohybovaly se v rámci všech tří kmenů okolo 30 %. U kmene LMG 21645 činil úbytek téměř 33 %. Hmotnostní ztráty PLA a PBAT dosahovaly znatelně nižších hodnot. Přesto byl pomocí SEC-MALS zaznamenán nejvýraznější pokles molekulové hmotnosti právě u PLA, a to asi 80 % u kmene DSM 15264. Analýza povrchu polymerů využitím SEM potvrdila, že biodegradace PHB probíhá formou povrchové enzymatické eroze. Naopak u vzorků PLA a PBAT se biodegradace neprokázala.
|
host ::
RSS.