|
|
Bioresorbable polyurethanes with controlled mechanical properties
Letavaj, Emil ; Žídek, Jan (oponent) ; Kupka, Vojtěch (vedoucí práce)
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 (oponent) ; Pekař, Miloslav (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
Presented dissertation thesis is focused on novel preparation of biodegradable polyurethanes (PUs) and their modification by biologically active cellulose nanocrystals. Literary review deals with current state of bioresorbable PUs used in tissue engineering. Examples of prepared PU elastomers, scaffolds and injectable PUs, together with biodegradation pathways to non-toxic products are summarized. The last part of the literary review is targeting on nanocellulose, which has gained much attention for the use as biomedical material due to its remarkable physical (high specific surface area, mechanical reinforcement) and biological (biocompatibility, biodegradability and low toxicity) properties. Experimental part presents characterization of biodegradable amphiphilic polyurethane films (bio-PUs) synthesized by solvent free polyaddition reaction of hydrophilic poly(ethylene glycol) (PEG) and hydrophobic poly(e-caprolactone) (PCL) as macrodiols with hexamethylene diisocyanate. Prepared bio-PUs were characterized on one hand by means of different PEG/PCL ratio and on the other hand by changing the isocyanate ratio between NCO/OH groups. Abrupt enhancement of mechanical properties was observed when PEG/PCL weight ratio was equal to or less than 20/80 and was ascribed to the PCL ability to form crystalline domains. The increasing amount of PEG promoted the ability of bio-PUs to absorb water and enhance the rate of hydrolytic degradation. Whereas, reducing the ability of bio-PUs to absorb water and prolonged time of hydrolytic degradation was achieved with increasing the crosslink density by enhancing the isocyanate ratio. The last part deals with novel solvent free preparation of nanocomposite utilizing bio-PU as a matrix and cellulose nanocrystals either neat or surface grafted by PEG. Structural analysis demonstrated that the presence of rod-like nanoparticles causes the immobilization of the PU chains in matrix resulting in increased stiffness and rigidity of bio-PU/cellulose nanocomposite. By adjusting the PEG/PCL ratio, the amount of isocyanate or the presence of nanofiller, the novel bio-PU material with desirable mechanical (toughness, flexibility) and physical (swelling, degradation) properties can be obtained. Prepared solvent free bio-PUs may advantageously be used in regenerative medicine for soft tissue regeneration (e.g. as vascular grafts).
|
|
|
Optimalizace produkce vybraných enzymů pomocí Bacillus subtilis
Slavíčková, Radka ; Omelková, Jiřina (oponent) ; Hermanová, Soňa (vedoucí práce)
V diplomové práci byla studována optimalizace produkce lipolytických enzymů při submerzním způsobu kultivace Bacillus subtilis (BS). Produkce lipolytických enzymů byla testovaná v prostředí tří živných médií, která se lišila zejména hlavními zdroji uhlíku, resp. dusíku. První médium obsahovalo zejména extrakt z telecího mozku a hovězího srdce (BHIB), druhé médium pepton a kvasniční extrakt (NB) a třetí živné médium pepton a kvasniční extrakt s přídavkem 2% (w/v) glukózy (NBG). Nejvyšší lipolytické aktivity (0,0784 Uml-1) bylo dosaženo v médiu NBG, přičemž ve všech médiích bylo pozorováno maximum před koncem exponenciální fáze růstu. V NBG médiu bylo následně stanoveno teplotní optimum v rozmezí 30 - 50 °C, pH optimum v rozmezí 5 - 11 a tepelná stabilita lipolytických enzymů produkovaných BS. Aktivita byla stanovena spektrometricky za použití p-nitrofenyllaurátu jako substrátu. Produkované lipolytické enzymy vykazovaly nejvyšší aktivitu při teplotě 37 °C a v alkalické oblasti pH = 8,0. Měření tepelné stability ukázalo, že se jedná o poměrně termostabilní enzymy, které si i po 1 hodině kultivace při 30 - 50 °C zachovaly 100 % aktivity. Přítomnost 1% (w/v) olivového oleje v médiu NBG způsobovala po 14 dnech kultivace pokles lipolytické aktivity o 65 % a pokles hodnoty pH z 6,5 na 5,4. Po nahrazení glukózy fruktózou v živném médiu NBG vykazovala lipolytická aktivita během prvních 7 dní kultivace srovnatelné hodnoty, avšak po 14 dnech kultivace byl zaznamenán již pokles lipolytické aktivity o 29 %. Metodika identifikace lipolytických enzymů BS pomocí peptidového mapování byla vyvinuta za účelem porozumnění potenciálu syntetického polyesteru- poly(e-kaprolaktonu) působit jako induktor tvorby lipáz. Degradační studie komerčního polyesteru poly(e-kaprolaktonu) byla vedena při submerzním způsobu kultivace Bacillus subtilis v médiu NBG při počáteční hodnotě pH 7,0 a teplotě 30 °C po dobu 14 dnů. PCL (Mn=10 000, Mw=14 000) byl studován ve formě filmů (1,0 x 1,0 cm), které byly připraveny lisováním, ochlazováním taveniny na 4 °C a odpařováním dichlormetanu z 2% roztoku. U degradovaných filmů v závislosti na způsobu jejich přípravy byl pozorován po 14 dnech úbytek hmotnosti (7,8 - 17,0 hm. %.) a vznik četných děr a prasklin na povrchu vzorků. V degradačním médiu byly naměřeny hodnoty lipolytické aktivity vyšší o 9 - 17 % ve srovnání s kontrolními vzorky. Denzitometrické sledování nárůstu buněčné hmoty ukázalo rovněž vyšší hodnoty zákalů v degradačním médiu v porovnání s kontrolními vzorky. Na základě naměřených výsledků lze navrhnout, že studované vzorky byly degradovány v důsledku působení BS.
|
|
|
Bioresorbable polyurethanes with controlled mechanical properties
Letavaj, Emil ; Žídek, Jan (oponent) ; Kupka, Vojtěch (vedoucí práce)
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 (oponent) ; Pekař, Miloslav (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
Presented dissertation thesis is focused on novel preparation of biodegradable polyurethanes (PUs) and their modification by biologically active cellulose nanocrystals. Literary review deals with current state of bioresorbable PUs used in tissue engineering. Examples of prepared PU elastomers, scaffolds and injectable PUs, together with biodegradation pathways to non-toxic products are summarized. The last part of the literary review is targeting on nanocellulose, which has gained much attention for the use as biomedical material due to its remarkable physical (high specific surface area, mechanical reinforcement) and biological (biocompatibility, biodegradability and low toxicity) properties. Experimental part presents characterization of biodegradable amphiphilic polyurethane films (bio-PUs) synthesized by solvent free polyaddition reaction of hydrophilic poly(ethylene glycol) (PEG) and hydrophobic poly(e-caprolactone) (PCL) as macrodiols with hexamethylene diisocyanate. Prepared bio-PUs were characterized on one hand by means of different PEG/PCL ratio and on the other hand by changing the isocyanate ratio between NCO/OH groups. Abrupt enhancement of mechanical properties was observed when PEG/PCL weight ratio was equal to or less than 20/80 and was ascribed to the PCL ability to form crystalline domains. The increasing amount of PEG promoted the ability of bio-PUs to absorb water and enhance the rate of hydrolytic degradation. Whereas, reducing the ability of bio-PUs to absorb water and prolonged time of hydrolytic degradation was achieved with increasing the crosslink density by enhancing the isocyanate ratio. The last part deals with novel solvent free preparation of nanocomposite utilizing bio-PU as a matrix and cellulose nanocrystals either neat or surface grafted by PEG. Structural analysis demonstrated that the presence of rod-like nanoparticles causes the immobilization of the PU chains in matrix resulting in increased stiffness and rigidity of bio-PU/cellulose nanocomposite. By adjusting the PEG/PCL ratio, the amount of isocyanate or the presence of nanofiller, the novel bio-PU material with desirable mechanical (toughness, flexibility) and physical (swelling, degradation) properties can be obtained. Prepared solvent free bio-PUs may advantageously be used in regenerative medicine for soft tissue regeneration (e.g. as vascular grafts).
|
|
|
Optimalizace produkce vybraných enzymů pomocí Bacillus subtilis
Slavíčková, Radka ; Omelková, Jiřina (oponent) ; Hermanová, Soňa (vedoucí práce)
V diplomové práci byla studována optimalizace produkce lipolytických enzymů při submerzním způsobu kultivace Bacillus subtilis (BS). Produkce lipolytických enzymů byla testovaná v prostředí tří živných médií, která se lišila zejména hlavními zdroji uhlíku, resp. dusíku. První médium obsahovalo zejména extrakt z telecího mozku a hovězího srdce (BHIB), druhé médium pepton a kvasniční extrakt (NB) a třetí živné médium pepton a kvasniční extrakt s přídavkem 2% (w/v) glukózy (NBG). Nejvyšší lipolytické aktivity (0,0784 Uml-1) bylo dosaženo v médiu NBG, přičemž ve všech médiích bylo pozorováno maximum před koncem exponenciální fáze růstu. V NBG médiu bylo následně stanoveno teplotní optimum v rozmezí 30 - 50 °C, pH optimum v rozmezí 5 - 11 a tepelná stabilita lipolytických enzymů produkovaných BS. Aktivita byla stanovena spektrometricky za použití p-nitrofenyllaurátu jako substrátu. Produkované lipolytické enzymy vykazovaly nejvyšší aktivitu při teplotě 37 °C a v alkalické oblasti pH = 8,0. Měření tepelné stability ukázalo, že se jedná o poměrně termostabilní enzymy, které si i po 1 hodině kultivace při 30 - 50 °C zachovaly 100 % aktivity. Přítomnost 1% (w/v) olivového oleje v médiu NBG způsobovala po 14 dnech kultivace pokles lipolytické aktivity o 65 % a pokles hodnoty pH z 6,5 na 5,4. Po nahrazení glukózy fruktózou v živném médiu NBG vykazovala lipolytická aktivita během prvních 7 dní kultivace srovnatelné hodnoty, avšak po 14 dnech kultivace byl zaznamenán již pokles lipolytické aktivity o 29 %. Metodika identifikace lipolytických enzymů BS pomocí peptidového mapování byla vyvinuta za účelem porozumnění potenciálu syntetického polyesteru- poly(e-kaprolaktonu) působit jako induktor tvorby lipáz. Degradační studie komerčního polyesteru poly(e-kaprolaktonu) byla vedena při submerzním způsobu kultivace Bacillus subtilis v médiu NBG při počáteční hodnotě pH 7,0 a teplotě 30 °C po dobu 14 dnů. PCL (Mn=10 000, Mw=14 000) byl studován ve formě filmů (1,0 x 1,0 cm), které byly připraveny lisováním, ochlazováním taveniny na 4 °C a odpařováním dichlormetanu z 2% roztoku. U degradovaných filmů v závislosti na způsobu jejich přípravy byl pozorován po 14 dnech úbytek hmotnosti (7,8 - 17,0 hm. %.) a vznik četných děr a prasklin na povrchu vzorků. V degradačním médiu byly naměřeny hodnoty lipolytické aktivity vyšší o 9 - 17 % ve srovnání s kontrolními vzorky. Denzitometrické sledování nárůstu buněčné hmoty ukázalo rovněž vyšší hodnoty zákalů v degradačním médiu v porovnání s kontrolními vzorky. Na základě naměřených výsledků lze navrhnout, že studované vzorky byly degradovány v důsledku působení BS.
|
host ::
RSS.