|
|
Studies towards the Preparation of Organic-Inorganic Hybrid Silica Fibers via Electrospinning
Koukolová, Anna ; Dzik, Petr (referee) ; Hüsing, Nicola (advisor)
Polyorganosilany spadají do skupiny hybridních materiálů třídy II, které nabízejí nové možnosti materiálových funkcí a jejich vlastností. Ačkoliv byly v této kategorii již některé materiály zkoumány a stejně tak i jejich aplikace, nebyly doposud vlákna na základě polyorganosilanu v mikro a nano rozměru popsány což bylo motivací pro tuto práci. Předkládaná diplomová práce se zabývá podrobným zkoumáním poly(vinylmethyldimethoxysilanu) jako možného prekurzoru pro elektrostatické zvlákňování. Za účelem přípravy polymeru na bázi vinylmethylsilanu byla provedena radikálová polymerace a podmínky reakce byly modifikovány se záměrem změny molekulové hmotnosti získaného polymeru. Stupeň polymerace byl upravován na základě změny koncentrace iniciátoru a byl stanovován dynamickým rozptylem světla v roztoku polymeru a spektroskopickou metodou nukleární magnetické rezonance. Elektrostatické zvlákňování je velkou měrou spojeno s vlastnostmi roztoku a důraz byl proto kladen právě na zjištění těchto vlastností. Na základě experimentů bylo zjištěno, že syntetizovaný polymer je na přípravu vláken vhodný. Nicméně byly získány i fragmenty vláken a to s využitím polymeru v roztoku methanolu. Předpokladem zvlákňování je dostatek propojení mezi polymerními řetězci. Tento přístup byl studován se zapojením sol-gel postupu a bylo zjištěno, že fáze sol-gel procesu je velmi významná s ohledem na tvorbu vláken. Dalším využitým postupem pro získání vláken bylo začlenění dalšího polymeru do směsi jako nosiče a tímto postupem byla získána vlákna s různým průměrem.
|
|
|
Energy dispersive X-ray spectroscopy of doped PVDF fibers
Smejkalová, Tereza ; Papež, Nikola (referee) ; Sobola, Dinara (advisor)
Tato diplomová práce zkoumá flexibilní materiál k produkci elektřiny založený na piezoelektrickém polymeru Polyvinylidenfluorid (PVDF). Inkorporací piezoaktivní keramiky lze vlastnosti piezoelektrického polymeru PVDF významně zlepšit a převést na užitečnou elektrickou energii. PVDF byl vytvořen elektrostatickým zvlákňováním do vláken o tloušťce 1,5-0,3 µm a poté studován různými analytickými metodami. Tato práce nabízí popis elektrostatického zvlákňování, přípravu vzorků a teoretický úvod do analytických metod, kterým byly vzorky podrobeny. Morfologie a distribuce nanostrukturované keramiky do polymerní matrice PVDF byla pozorována použitím skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a energiově disperzní spektroskopie (EDX). Pro tvorbu fáze a podrobné fázové složení byly vzorky charakterizovány infračervenou spektroskopií s Fourierovou transformací (FTIR). Práce také obsahuje analýzu s použitím Ramanovy spektroskopie, metody používané k identifikaci a porovnání chemických sloučenin. Elektrické vlastnosti byly studovány dielektrickou spektroskopií a je poskytnuta korelace se složením. Jednotlivé komponenty dotovaných vláken jsou charakterizovány a vyhodnocovány v souvislosti s jejich budoucím využitím v senzorech.
|
|
|
Characterization and preparation of PVDF nanofiber matrices for wearable electronics
Zajacová, Lucia ; Papež, Nikola (referee) ; Macků, Robert (advisor)
The presented bachelor thesis deals with the process of production PVDF nanofiber matrices uising electrospinning and subsequent electrical characterization of the produced material. At the beginning, it introduces nanotechnologies and their undeniable importance in medical applications. It focuses on the influence of process parameters, production enviroment and the very properties of the spinning solution itself, leading to final character of the spun fiber. Various morphological differences obtained by individual process settings then continue to influence their piezoelectric properties, which are the subject of the reaserch in the experimental part of this thesis. The obtained results are applied to devices uising the piezoelectric effect with the potential for application in the biotechnological fields.
|
|
|
The influence of PEO source on nanofiber layer preparation
Grufíková, Jana ; Knotek,, Petr (referee) ; Knotková, Kateřina (advisor)
The electrospinning process of polymer solutions is affected by many different parameters that can be divided into solution parameters, process parameters, and ambient parameters. This study is focused on characteristics of a polymer and its solution, which are ranging into the solution parameters. The aim of this study is to compare poly(ethylene oxide) characteristics in the relation to electrospinning of hyaluronic acid, to find the difference between them using available analytic, thermic and spectral methods, and to define the influence of properties on polymeric solutions behavior during electrospinning. It was find that poly(ethylene oxides) obtained from two different sources behave differently in an electrostatic field, although their molar mass is declared as the same. It was also confirmed that the electrospinning process of polymeric solutions is affected mainly by their viscosity and conductivity. This two properties are determined especially by the molar mass of polymer and also by the content of impurities or content of some another polymer during electrospinning of mixed solution.
|
|
|
Release of active substances from porous structures based on poly(3-hydroxybutyrate) (PHB)
Černeková, Nicole ; Veselá, Mária (referee) ; Kovalčík, Adriána (advisor)
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.
|
|
|
Electrospinning of ceramic fibers
Nemčovský, Jakub ; Kaštyl, Jaroslav (referee) ; Částková, Klára (advisor)
This diploma thesis focuses on the fabrication of ceramic fibres by electrospinning. The theoretical part of the thesis summarizes the currently available information regarding ceramic fibres, their properties, applications and fabrication. The theoretical part also describes the process of electrospinning as one of the most frequently used methods of nanofibre fabrication, as well as the parametres influencing this process. The experimental part is aimed at the fabrication of ceramic fibres based on titania, pure non-doped zirconia and yttria-doped zirconia by electrospinning and at the characterization of thus fabricated fibres. Ceramic precursors based on propoxide and polyvinylpyrrolidone were subjected to electrospinning. The experimental part of this diploma thesis also describes the influence of precursor composition, process conditions and calcination temperature on the morphology and phase composition of the fibres. Precursors were characterized by viscosity measurements. Thermogravimetric analysis (TGA), Röntgen analysis (RTG) and scanning electron microscopy (SEM) were used to describe the fibres. By performing electrospinning of precursors based on titanium propoxide and subsequent calcination at 500-1300 °C, TiO2 fibres with thickness of 100-2500 nm were fabricated. The phase composition changed with calcination temperature from 500 °C from anatase phase through rutile blend to pure rutile at 900 °C. By performing electrospinning of precursors based on zirconium propoxide and subsequent calcination at 550-1100 °C, 0 – 8 mol% Y2O3 doped ZrO2 fibres with thickness of 50-1000 nm were fabricated. An analysis of fibres based on non-doped ZrO2, calcined at 550 °C showed a composition of predominantly monoclinic phase. An analysis of 3 or 8 mol% Y2O3 doped ZrO2 fibres calcined at 900 °C showed a composition of predominantly tetragonal phase or purely cubic phase, respectively. With the increasing calcination temperature, the morphology of the fibres changed from porous nanostructure to chain-like non-porous structure consisting of micrometer grains of TiO2 or ZrO2. The ZrO2 fibres calcined at 700 °C remained flexible as well as the spun ones, while their fragility increased with the increase in calcination temperature.
|
|
|
Electrospinning of composite fiberous structures for piezoapplications
Schifferová, Zuzana ; Kaštyl, Jaroslav (referee) ; Částková, Klára (advisor)
Polymer and composite polymer-ceramic nanofibers were prepared by electrospinning process. Solution of 20 wt.% polyvinylidene fluoride (PVDF) in a mixture of dimethyl sulfoxide (DMSO) and acetone in the ratio of 7:3 was chosen as the most suitable precursor. When preparing composite nanofibers, 20 wt.% of barium calcium zirconate titanate (BCZT) or barium titanate (BT) nanoparticles was added to this PVDF solution. Given parameters were defined as the most suitable for the process of electrospinning: voltage of 50 kV, feeding rate of 30 l/min, distance between emitter and collector of 20 cm and needle diameter of 17 G. The effect of polymer molecular weight and the rotation speed of collector was also studied. Various properties of prepared samples were studied: morphology and fiber diameter, phase composition with the use of x-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy and also chosen electrical properties. Lower fiber diameters appeared with lower polymer molecular weight and higher rotation speed of the collector. These parameters resulted in higher percentage of the piezoelectric phase as well. The smallest achieved fiber diameter was around 300 nm, the highest percentage of phase was 92 % and the highest piezoelectric constant had a value of 16 pC/N. Composite fibers filled with BT particles showed better properties that the ones filled with BCZT particles.
|
|
|
Toxicity study of antimicrobial wound dressings and perspective novel nanomaterials
Kozlíčková, Hana ; Vojtová, Lucy (referee) ; Zajíčková, Lenka (advisor)
This bachelor thesis deals with the study of toxicity of selected commercial antimicrobial wound dressings (StopBac STERILE, containing silver ions and Traumacel Biodress Disinfect, containing chlorhexidine) and antimicrobial nanomaterial, provided by CEITEC BUT laboratories. The experimental part of the work describes the preparation of this polycaprolactone nanomaterial, on which a layer of copper was subsequently deposited by the magnetron sputtering system BESTEC (MAGNETRON). Furthermore, a method was designed to study the cytotoxicity of individual shelters with antimicrobial additives. These tests were performed in vitro on cell cultures by leaching the materials in the laboratories of the Faculty of Science, Masaryk University in Brno. We found that, with the exception of chlorhexidine, low concentrations of active substances extracted from the materials promoted the proliferation of the studied cells, while at high concentrations there were also cytotoxic effects. The analysis of individual materials was also performed using scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy.
|
|
|
The Rheological Behavior of Polymer Solutions Suitable for Electrospinning
Divínová, Nikol ; Voráč,, Zbyněk (referee) ; Chamradová, Ivana (advisor)
This diploma thesis deals with preparation and characterization of aqueous solutions of polyvinyl alcohol suitable for electrospinning. In the theoretical part method of electrospinning is described, including parameters which influence this process. Literary research also includes a chapter about rheology, which deals with the rheological properties of polymers, specifically PVA. The experimental part describes the preparation and rheological study of of aqueous solutions of polyvinyl alcohol, which were then spun. The morphology of prepared nanofibers was studied by using scanning electron microscopy (SEM). The effect of molecular weight, the solvent, concentration of solution, rheological properties, electrical conductivity and surface tension on the spinability, diameter and morphology of nanofibers is discussed.
|
|
|
Advanced preparation of inorganic (ceramic) particles and nanostructures
Šťastná, Eva ; Martinovou,, Lenku (referee) ; Vojtová, Lucy (referee) ; Částková, Klára (advisor)
Elektrostatické zvlákňování (v literatuře též uváděné jako electrospinning) bylo použito pro příprvu čistě polykaprolaktonových nanovláken a kompozitních nanovláken na bázi polykaprolaktonu s hydroxyapatitovými nanočásticemi. Připravená vlákna byla analyzována za použití rastrovací elektronové mikroskopie. Mechanické vlastnosti vláken byly určeny prostřednictvím zkoušky jednoosým tahem. Testy prokázaly silnou závislost mechanických vlastností vláken na jejich směrovém uspořádání a fázovém složení (především přítomnosti hydroxyapatitových částic). Směrové uspořádání vláken přispělo k výraznému zlepšení napětí při přetržení a celkové tažnosti. Zajímavý jev byl pozorován v případě kompozitních vláken– hydroxyapatitové částice zhoršily mechanické vlastnosti neuspořádaných vláken (napětí při přetržení a celkovou tažnost), ale vliv částic nebyl tak patrný v případě směrově uspořádaných vláken. Povrchové vlastnosti vláken byly modifikovány prostřednictvím nízkoteplotní plazmy. Změny povrchových vlastností vláken byly analyzovány pomocí měření kontaktního úhli a XPS analýzy (rentgenové fotoelektronové spektroskopie). Měření kontaktního úhlu ukázalo výrazný vliv plazmového opracování na povrchovou smáčivost vláken, kdy kontaktní úhel byl zcela neměřitelný. Výsledky analýzy ukázaly vliv plazmového opracování struktur na mikroskopické úrovni – plazmové opracování ovlivnilo pouze polymerní složku vláknitých struktur, zatímco hydroxyapatitové částice nebyly ovlivněny vůbec. Na vybraných strukturách bylo provedeno několik biologických zkoušek. Test v simulovaném tělním roztoku prokázal bioaktivitu kompozitních (polykaprolaton/hydroxyapatit) nanovláken prostřednoctví precipitace fází na bázi fosforečnanů vápenatých na povrchu kompozitních struktur. Následné in-vitro buněčné testy (dle normy ISO 10993-5 a WST-8 test) prokázaly významný pozitivní přínos hydroxyapatitových částic ve vláknitých strukturách, stejně jako kladný vliv plazmového opracování, kdy kompozitní oplazmovaná vlákna vykazovala 1,5násobnou bioaktivitu v porovnání s neplazmovanými čistě polykaprolaktonovými vlákny.
|
guest ::
