|
|
Bioresorbable polyurethanes with controlled mechanical properties
Letavaj, Emil ; Žídek, Jan (referee) ; Kupka, Vojtěch (advisor)
Presented diploma thesis deals with preparation of bioresorbable polyurethanes (PUR) and their characterization. The theoretical part describes the feedstocks used for the PUR preparation and summarizes the knowledge about PUR used in medical applications. Experimental part presents characterization of bioresorbable PUR films prepared by reactive casting in one step without the use of organic solvents. The absence of solvents represents a great advantage due to their toxicity and subsequent removal from the resulting product. The synthesis of PUR was conducted under an inert atmosphere by polyaddition reaction of hydrophobic poly(e-caprolactone) (PCL) and hydrophilic poly(ethylene glycol) (PEG) with hexamethylene diisocyanate (HDI). Synthesis under an inert atmosphere was necessary due to a side reaction of isocyanate with atmospheric humidity, which causes the formation of porous films instead of continuous ones. Prepared PUR films were characterized for different PCL/PEG ratios and different isocyanate index (ratio of NCO/OH reacted groups). PUR (isocyanate index 1.05) with PCL content 90 wt. % and higher demonstrated tought behavior in mechanical tests. Increase of isocyanate index and decrease of PCL content under 90 wt. % caused fragile sample behavior. The reason of such behavior was the different ability of PCL to crystallize in the structure of the polyurethane network. Increasing the PEG content has improved the ability of PUR films to absorb water and enhanced the rate of hydrolytic degradation. By adjusting the PCL/PEG ratio and the amount of isocyanate, solvent free bioresorbable PUR with suitable mechanical (flexibility, toughness) and physical properties (swelling, degradation) can be obtained. Prepared PUR films could be used in biomedicine e.g. as vascular grafts.
|
|
|
Modification of Biodegradable Polyurethanes by Biologically Active Substances
Kupka, Vojtěch ; Khunová, Viera (referee) ; Pekař, Miloslav (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Předkládaná dizertační práce se zabývá novým způsobem přípravy biodegradabilních polyuretanů (PU) a jejich modifikací biologicky aktivními celulózovými nanokrystaly. Literární rešerše se zaměřuje na bioresorbovatelné PU v tkáňovém inženýrství. Shrnuje příklady těchto PU elastomerů, skafoldů (nosičů buněk) i injektovatelných PU společně se způsoby biodegradace na netoxické produkty. Poslední část je zaměřena na nanocelulózu, která si získala pozornost díky svým pozoruhodným fyzikálním (velký specifický povrch, mechanické vlastnosti) a biologickým (biokompatibilita, biodegradabilita a nízká toxicita) vlastnostem jako materiál pro biomedicínu. V experimentální části byly charakterizovány amfifilní biodegradovatelné polyuretanové filmy (bio-PU) syntetizované bez použití rozpouštědla polyadiční reakcí z hydrofilního poly(ethylenglykolu) (PEG) a hydrofobního poly(e-kaprolaktonu) (PCL) jako makrodiolů společně s hexamethylen diizokyanátem. Připravené bio-PU filmy byly charakterizovány pro různé poměry jak mezi PEG/PCL, tak i mezi NCO/OH reagujícími skupinami (izokyanátový poměr). Bio-PU filmy projevily markantní nárůst mechanických vlastností při hmotnostním poměru PEG/PCL rovnému nebo menšímu než 20/80 díky vzniku krystalických domén PCL. Přítomnost PEGu zvyšovala schopnost bio-PU filmu absorbovat vodu i urychlila jeho hydrolytickou degradaci. Oproti tomu nižší absorpční schopnost a delší čas hydrolytické degradace materiálu způsobil vyšší izokyanátový poměr, a tedy i vyšší síťová hustota. Třetí část práce se zabývá přípravou polyuretanových nanokompozitů unikátní metodou bez použití rozpouštědla za využití bio-PU matrice a celulózových nanokrystalů buď nemodifikovaných, nebo povrchově roubovaných PEGem. Strukturní analýza prokázala, že přítomnost tyčinkovitých nanočástic způsobuje imobilizaci polymerních segmentů, v důsledku čehož se zvýšila tuhost a křehkost materiálu. Nastavením vhodného poměru mezi PEG/PCL, množstvím izokyanátu, či přídavkem modifikovaného nanoplniva může být bio-PU materiál "ušit na míru" s vhodnými mechanickými (houževnatost, tažnost) a fyzikálními (botnání, degradace) vlastnostmi. Díky přípravě bez použití rozpouštědla by mohly být připravené materiály využity v regenerativní medicíně např. jako cévní štěpy.
|
|
|
Optimization of the Production of Lipases by Bacillus subtilis
Slavíčková, Radka ; Omelková, Jiřina (referee) ; Hermanová, Soňa (advisor)
In this thesis, optimization of production of lipolytic enzymes by submerzed cultivation of Bacillus subtilis (BS) was studied. Production of lipolytic enzymes was tested in three nutrient media, which differed mainly in main sources of carbon, respectively of nitrogen. The first medium contained mainly extract from calf brain and beef heart (BHIB), the second medium contained peptone and yeast extract (NB) and the third one contained peptone and yeast extract with the addition of 2% (w/v) glucose (NBG). The highest lipolytic activity (0.0784 Uml-1) was measured in NBG medium. Maximum of lipolytic activity was observed before the end of the exponential phase of BS growth in all the media. Temperature optimum in NBG medium was determined from 30 to 50 °C, pH optimum in the range of 5 to 11 and subsequently the temperature stability of lipolytic enzymes produced by the BS was estimated. The activity value was determined spectrometrically using p-nitrophenyllaurate as a substrate. Produced lipolytic enzymes showed maximum activity at 37 °C in the alkaline pH of 8.0. Measurement of temperature stability showed that lipolytic enzymes are relatively thermostable enzymes retaining 100 % of the activity even after 1 hour of cultivation at 30 - 50 °C. The presence of 1% (w/v) olive oil in medium NBG caused a decrease in lipolytic activity by 65 % as well as in pH from 6.5 to 5.4 after 14 days of cultivation. After substitution of glucose by fructose in medium NBG, lipolytic activity showed comparable values during the first week of cultivation. On the other hand, the decrease of lipolytic activity by 29 % in the medium with fructose was observed after 14 days of cultivation. A procedure for the identification of lipolytic enzymes of BS by peptide massfingerprinting was developed to understand the potential of synthetic polyester - poly(e-caprolactone) as a lipase inductor. Degradation study of commercial polyester poly(e-caprolactone) was carried out by submerged cultivation of Bacillus subtilis in NBG medium at initial pH 7.0 and 30 °C for 14 days. PCL (Mn = 10,000, Mw = 14 000) was studied in the form of films (1.0 x 1.0 cm), which were prepared by melt-pressing, rapid cooling of the melt to 4 °C and evaporation of the solvent from 2 % dichlormethane solution. The evaluation of the films shown occurrence of weight loss (7.8 - 17.0 wt.%) together with the formation of numerous holes and cracks in the sample surface in relation to the method of the films preparation. Lipolytic activity values increased by 9 - 17 % in the degradation media compared to control samples. Densitometric monitoring showed also higher increase in cell mass in the degradation medium compared with control samples. Based on the results obtained, the degradation process induced by BS could be suggested.
|
|
|
Bioresorbable polyurethanes with controlled mechanical properties
Letavaj, Emil ; Žídek, Jan (referee) ; Kupka, Vojtěch (advisor)
Presented diploma thesis deals with preparation of bioresorbable polyurethanes (PUR) and their characterization. The theoretical part describes the feedstocks used for the PUR preparation and summarizes the knowledge about PUR used in medical applications. Experimental part presents characterization of bioresorbable PUR films prepared by reactive casting in one step without the use of organic solvents. The absence of solvents represents a great advantage due to their toxicity and subsequent removal from the resulting product. The synthesis of PUR was conducted under an inert atmosphere by polyaddition reaction of hydrophobic poly(e-caprolactone) (PCL) and hydrophilic poly(ethylene glycol) (PEG) with hexamethylene diisocyanate (HDI). Synthesis under an inert atmosphere was necessary due to a side reaction of isocyanate with atmospheric humidity, which causes the formation of porous films instead of continuous ones. Prepared PUR films were characterized for different PCL/PEG ratios and different isocyanate index (ratio of NCO/OH reacted groups). PUR (isocyanate index 1.05) with PCL content 90 wt. % and higher demonstrated tought behavior in mechanical tests. Increase of isocyanate index and decrease of PCL content under 90 wt. % caused fragile sample behavior. The reason of such behavior was the different ability of PCL to crystallize in the structure of the polyurethane network. Increasing the PEG content has improved the ability of PUR films to absorb water and enhanced the rate of hydrolytic degradation. By adjusting the PCL/PEG ratio and the amount of isocyanate, solvent free bioresorbable PUR with suitable mechanical (flexibility, toughness) and physical properties (swelling, degradation) can be obtained. Prepared PUR films could be used in biomedicine e.g. as vascular grafts.
|
|
|
Modification of Biodegradable Polyurethanes by Biologically Active Substances
Kupka, Vojtěch ; Khunová, Viera (referee) ; Pekař, Miloslav (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Předkládaná dizertační práce se zabývá novým způsobem přípravy biodegradabilních polyuretanů (PU) a jejich modifikací biologicky aktivními celulózovými nanokrystaly. Literární rešerše se zaměřuje na bioresorbovatelné PU v tkáňovém inženýrství. Shrnuje příklady těchto PU elastomerů, skafoldů (nosičů buněk) i injektovatelných PU společně se způsoby biodegradace na netoxické produkty. Poslední část je zaměřena na nanocelulózu, která si získala pozornost díky svým pozoruhodným fyzikálním (velký specifický povrch, mechanické vlastnosti) a biologickým (biokompatibilita, biodegradabilita a nízká toxicita) vlastnostem jako materiál pro biomedicínu. V experimentální části byly charakterizovány amfifilní biodegradovatelné polyuretanové filmy (bio-PU) syntetizované bez použití rozpouštědla polyadiční reakcí z hydrofilního poly(ethylenglykolu) (PEG) a hydrofobního poly(e-kaprolaktonu) (PCL) jako makrodiolů společně s hexamethylen diizokyanátem. Připravené bio-PU filmy byly charakterizovány pro různé poměry jak mezi PEG/PCL, tak i mezi NCO/OH reagujícími skupinami (izokyanátový poměr). Bio-PU filmy projevily markantní nárůst mechanických vlastností při hmotnostním poměru PEG/PCL rovnému nebo menšímu než 20/80 díky vzniku krystalických domén PCL. Přítomnost PEGu zvyšovala schopnost bio-PU filmu absorbovat vodu i urychlila jeho hydrolytickou degradaci. Oproti tomu nižší absorpční schopnost a delší čas hydrolytické degradace materiálu způsobil vyšší izokyanátový poměr, a tedy i vyšší síťová hustota. Třetí část práce se zabývá přípravou polyuretanových nanokompozitů unikátní metodou bez použití rozpouštědla za využití bio-PU matrice a celulózových nanokrystalů buď nemodifikovaných, nebo povrchově roubovaných PEGem. Strukturní analýza prokázala, že přítomnost tyčinkovitých nanočástic způsobuje imobilizaci polymerních segmentů, v důsledku čehož se zvýšila tuhost a křehkost materiálu. Nastavením vhodného poměru mezi PEG/PCL, množstvím izokyanátu, či přídavkem modifikovaného nanoplniva může být bio-PU materiál "ušit na míru" s vhodnými mechanickými (houževnatost, tažnost) a fyzikálními (botnání, degradace) vlastnostmi. Díky přípravě bez použití rozpouštědla by mohly být připravené materiály využity v regenerativní medicíně např. jako cévní štěpy.
|
|
|
Optimization of the Production of Lipases by Bacillus subtilis
Slavíčková, Radka ; Omelková, Jiřina (referee) ; Hermanová, Soňa (advisor)
In this thesis, optimization of production of lipolytic enzymes by submerzed cultivation of Bacillus subtilis (BS) was studied. Production of lipolytic enzymes was tested in three nutrient media, which differed mainly in main sources of carbon, respectively of nitrogen. The first medium contained mainly extract from calf brain and beef heart (BHIB), the second medium contained peptone and yeast extract (NB) and the third one contained peptone and yeast extract with the addition of 2% (w/v) glucose (NBG). The highest lipolytic activity (0.0784 Uml-1) was measured in NBG medium. Maximum of lipolytic activity was observed before the end of the exponential phase of BS growth in all the media. Temperature optimum in NBG medium was determined from 30 to 50 °C, pH optimum in the range of 5 to 11 and subsequently the temperature stability of lipolytic enzymes produced by the BS was estimated. The activity value was determined spectrometrically using p-nitrophenyllaurate as a substrate. Produced lipolytic enzymes showed maximum activity at 37 °C in the alkaline pH of 8.0. Measurement of temperature stability showed that lipolytic enzymes are relatively thermostable enzymes retaining 100 % of the activity even after 1 hour of cultivation at 30 - 50 °C. The presence of 1% (w/v) olive oil in medium NBG caused a decrease in lipolytic activity by 65 % as well as in pH from 6.5 to 5.4 after 14 days of cultivation. After substitution of glucose by fructose in medium NBG, lipolytic activity showed comparable values during the first week of cultivation. On the other hand, the decrease of lipolytic activity by 29 % in the medium with fructose was observed after 14 days of cultivation. A procedure for the identification of lipolytic enzymes of BS by peptide massfingerprinting was developed to understand the potential of synthetic polyester - poly(e-caprolactone) as a lipase inductor. Degradation study of commercial polyester poly(e-caprolactone) was carried out by submerged cultivation of Bacillus subtilis in NBG medium at initial pH 7.0 and 30 °C for 14 days. PCL (Mn = 10,000, Mw = 14 000) was studied in the form of films (1.0 x 1.0 cm), which were prepared by melt-pressing, rapid cooling of the melt to 4 °C and evaporation of the solvent from 2 % dichlormethane solution. The evaluation of the films shown occurrence of weight loss (7.8 - 17.0 wt.%) together with the formation of numerous holes and cracks in the sample surface in relation to the method of the films preparation. Lipolytic activity values increased by 9 - 17 % in the degradation media compared to control samples. Densitometric monitoring showed also higher increase in cell mass in the degradation medium compared with control samples. Based on the results obtained, the degradation process induced by BS could be suggested.
|
guest ::
