|
|
Analýza biodegradabilních plastů v půdách
Paluchová, Natálie ; Řezáčová, Veronika (oponent) ; Kučerík, Jiří (vedoucí práce)
V současnosti stoupá zájem o využívání biodegradabilních polymerů a to bez ohledu na možné riziko vzniku reziduí. Využívané metody, které jsou schopny rezidua stanovit, zahrnují nutnost předúpravy vzorků a jsou finančně a časově náročné. Proto se tato bakalářská práce zaměřuje na vývoj a ověření analytické metody, která by byla schopna identifikovat a kvantifikovat rezidua biodegradabilních polymerů v půdách a to tak aby eliminovala problémy vznikající při předúpravě vzorku. K analýze byla proto využita termogravimetrie, která se jeví jako metoda splňující výše uvedené podmínky. Zkoumala se oblast degradace polymeru v třech typech půd při termické oxidaci, ale také vliv polymeru na půdy při analýze. Představitelem biodegradabilních polymerů byl zvolen poly(3-hydroxybutryrát) a k jeho detekci a kvantifikaci byly využity dva přístupy. Metody byly testovány pro 6 koncentrací poly(3 hydroxybutryrátu) (0,1; 0,5; 1; 2; 3; 5 %). První přístup se zaměřoval na analýzu polymeru s využitím slepého (nekontaminovaného) vzorku, který byl od kontaminovaného odečten. Pomocí této metody byl sledován teplotní interval degradace polymeru a změny hmotnostních úbytků v tomto intervalu. Druhá metoda byla zaměřena na půdní univerzální model, který umožňuje identifikovat a kvantifikovat vzorky i v případě, kdy slepý vzorek není přítomen. Slepý vzorek simuluje 19 rovnic, které umožňují identifikovat intervaly, v kterých dochází k degradaci vzorku a částečně také odhadnout, o jaký vzorek se jedná. Analýza hlavních komponent ale naznačila, že metoda je citlivá na typ půdy a metoda potřebuje další úpravy. Kvůli ověření citlivosti metody pro případ částečného nebo úplného rozložení vzorků půdními mikroorganismy byly vzorky inkubovány po dobu 4 měsíců. Poté byly porovnány koncentrace poly(3 hydroxybutryrátu) v půdě stanovené pomocí respirometrie a termogravimetrie. Výsledky naznačily, že mohlo dojít k akcelerované degradaci způsobené poly(3 hydroxybutryrátem) případně ke kontaminaci vzorku okolní atmosférou při respiraci. Výsledky ukázaly, že pomocí termogravimetrické analýzy lze stanovit biodegradabilní polymery v půdách. Metoda využívající slepý vzorek prokazuje dobré výsledky, ale je limitována požadavkem na existenci slepého vzorku. Metoda využívající půdní univerzální model (bez slepého vzorku) má do budoucna veliký potenciál, ale k jejímu plnohodnotnému uplatnění je ještě třeba provést úpravy.
|
|
|
Biokompozity na bázi polyhydroxybutyrátu pro 3D tisk
Horálek, Matyáš ; Tocháček, Jiří (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Tématem předkládané diplomové práce je příprava a charakterizace biokompozitního materiálu na bázi poly-3-hydroxybutyrátu. Biokompozitní materiály byly připravovány s ohledem na jejich použití v oblasti 3D tisku. V rámci diplomové práce byla vyvinuta metodika pro hodnocení různých materiálů, jejich vhodnosti pro 3D tisk, termických a mechanických vlastností. V první části této práce byla pozornost zaměřena zejména na sledováni vlivu teploty a procentuálního plnění na vizuální kvalitu tištěného výrobku a dále pak tendence materiálu k warpingu při 3D tisku. Pro vyhodnocení získaných dat byla použita metoda plánovaného experimentu. Bylo prokázáno, že obsah kaolinu a tributyl citrátu má pozitivní účinek na snižování warpingu. Optimalizací receptur biokompozitů bylo dosaženo zvýšení hodnot modulu pružnosti v tahu, tažnosti, meze pevnosti, ale také vrubové i rázové houževnatosti.
|
|
|
Hodnocení vlivů biodegradabilních mikroplastů na biotu sladkovodního ekosystému prostřednictvím testů ekotoxicity
Procházková, Petra ; Maršálek,, Blahoslav (oponent) ; Beklová, Miroslava (oponent) ; Zlámalová Gargošová, Helena (vedoucí práce)
Mikroplasty jakožto všudypřítomné kontaminanty sladkovodních ekosystémů vyvolávají oprávněné obavy týkající se jejich vlivu na životní prostředí. Dochází proto k všeobecné snaze nahradit konvenční plasty biologicky odbouratelnými alternativami, které by měly být v prostředí snadno rozložitelné. Nicméně, proces biodegradace takových materiálů vyžaduje specifické podmínky, jako jsou teplota, vlhkost, pH a přítomnost mikroorganismů, které nejsou vždy dostatečně splněny. V důsledku toho dochází k jejich fragmentaci a tvorbě biodegradabilních mikroplastů. Ty mohou, stejně jako konvenční mikroplasty, ovlivňovat životní prostředí. Cílem této práce proto bylo posoudit vliv mikroplastů biodegradabilního poly(3-hydroxybutyrátu) na vybrané zástupce sladkovodních organismů, a to konkrétně na řasu Desmodesmus subspicatus, rostlinu Lemna minor a korýše Daphnia magna, a dále pak najít vhodnou analytickou metodu umožňující přímou detekci mikroplastů v těle organismu D. magna. I přes to, že pozorované účinky nebyly vždy významné, upozornily na určité sekundární problémy, které může přítomnost biodegradabilních mikroplastů v životním prostředí vyvolat. Ty mohou být způsobené právě biologickou rozložitelností spojenou s tvorbou biofilmu na povrchu biodegradabilních mikroplastů, což, jak se ukázalo, následně vede k vyčerpání živin v okolním prostředí. Výsledky této práce tedy naznačují, že k využívání biodegradabilních plastů jakožto náhrady konvenčních materiálů je nutné přistupovat kriticky před jejich masivním využitím jako náhrady za konvenční plasty.
|
|
|
Příprava akrylátových monomerů na bázi poly(3-hydroxybutyrátu)
Liška, Marek ; Přikryl, Radek (oponent) ; Figalla, Silvestr (vedoucí práce)
Cílem této práce je rešerše a následná laboratorní příprava akrylátových (methakrylátových) monomerů na bázi poly(3-hydroxybutyrátu). Monomery byly připraveny dvoustupňovými syntézami, ve kterých v prvním kroku byl P3HB alkoholyzován pomocí vybraných alkoholů a následně byly reakcí s polymethylmethakrylátem připraveny jejich methakrylované deriváty. Vybrané alkoholy pro jednotlivé syntézy byly ethanol a ethylenglykol. Připraveny byly vcelku 4 látky, ethyl-3-hydroxybutyrát, 2-hydoxyethyl-3-hydroxybutyrát a jejich methakryláty. Velkou částí této práce je také analýza reakčních směsí, připravených látek a jejich následná charakteristika. Analýza byla provedena s využitím titračních a také i instrumentálních metod. Mezi instrumentální analytické metody využité v této práci patří gelová permeační chromatografie (GPC), infračervená spektroskopie (FTIR), nukleární magnetická rezonance (NMR), termogravimetrie (TGA) a diferenční skenovací kalorimetrie (DSC). Práce se také zabývá přípravou polymerů s využitím připravených methakrylátů jako surovin. Zesíťované polymery mají díky nízké teplotě skelného přechodu vlastnosti elastomeru.
|
|
|
Poly(3-hydroxybutyrate) based materials for 3D printing in medical applications
Krobot, Štěpán ; Vojtová, Lucy (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
This master's thesis deals with the preparation and testing of 3D printed scaffolds for bone tissue engineering. The aim of the thesis is laboratory preparation of polymer blends on the basis of poly(3-hydroxybutyrate), poly(lactic acid) and polycaprolactone and their processing into the form of 3D printing filaments. Three polymeric blends were prepared and processed into the form of 3D printing filaments. Differential scanning calorimetry was conducted to evaluate the thermal properties, followed by temperature tower test and warping test to determine the processing conditions for 3D printing. The lowest warping coefficient was 1.26 for a blend of poly(3-hydroxybutyrate) with polycaprolactone and plasticizer. Tensile test, three-point flexural test and compression test were used to study the mechanical properties of materials. Scaffolds with different surfaces for bone tissue engineering were 3D printed from prepared filaments to determine the most optimal surface for cell proliferation. To determine the surface properties and their influence on cell adhesion, optical contact angle measurement with the use of OWRK method to calculate surface energy was conducted. 3D printed surfaces were also subjected to roughness analysis by confocal microscopy to determine their roughness and its effect on contact angle with water and cell growth. Finally, in the last part, in vitro tests on scaffolds were conducted in collaboration with the Institute of Experimental Medicine (Czech Academy of Sciences) to find out whether the prepared materials are non-cytotoxic and how the surface of scaffold affects the cell growth and proliferation. In the end, two out of three materials were proven to be non-cytotoxic (both blends of poly(3-hydroxybutyrate) with polycaprolactone) and that their mechanical properties were comparable with human trabecular bone. The most optimal surface for cell growth is probably grid diameter 50 m with roughness along the perimeter 1.9 m, which corresponds with water contact angle 74.1°.
|
|
|
Stresová odolnost bakteriálních monokultur a směsných kultur
Chorvátová, Michaela ; Slaninová, Eva (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
V tejto bakalárskej práci bola skúmaná stresová odolnosť bakteriálnych monokultúr a definovanej zmiešanej kultúry. Teoretickú časť predstavuje literárna rešerš, ktorá sa zaoberá všeobecnou stresovou odolnosťou baktérií a dynamikou ich rastu. Ďalej sú predstavené polyhydroxyalkanoáty, ich zapojenie do stresovej odpovede baktérií a významná moderná metóda akou je prietoková cytometria, ktorá predstavovala dôležitú súčasť experimentu. V experimentálnej časti bola študovaná odolnosť voči osmotickému a teplotnému stresu. Pre tento účel boli použité monokultúry PHA akumulujúceho kmeňa Cupriavidus necator H16 a mutantného kmeňa Cupriavidus necator H16/PHB-4 neschopného akumulácie PHA. Definovaná zmiešaná kultúra bola pripravená kokultiváciou týchto dvoch kmeňov. Celkovo možno konštatovať, že akumulácia a utilizácia PHA, konkrétne poly(3-hydroxybutyrátu), zvýšila odolnosť baktérií, čo sa najviac prejavilo u osmotického stresu, kedy koncentrácie soli nespôsobili výraznejšie zníženie viability u Cupriavidus necator H16 oproti mutantnému kmeňu, ktorého viabilita klesala s rastúcou intenzitou stresu. Experimentálne teploty naopak nepredstavovali výrazný vplyv na viabilitu buniek, pričom sa takmer vždy potvrdilo, že baktériám sa najviac darilo pri ich teplotnom optime 30 °C.
|
|
|
Studium sorpčních vlastností mikroplastů
Hlaváčková, Hana ; Kučerík, Jiří (oponent) ; Řezáčová, Veronika (vedoucí práce)
V současné době je snaha nahradit konvenční plasty biodegradabilními produkty, které budou mít schopnost zastoupit tyto látky. Jedním z případných, v současnosti detailně studovaným biologicky odbouratelným plastem, je i poly(3-hydroxybutyrát), který je produkován bakteriemi. Tato bakalářská práce se zabývá sorpcí vybraných látek na mikročástice poly(3-hydroxybutyrátu). Pro tuto práci byly vybrané látky, jejichž kontaminace vodních zdrojů představuje v dnešní době markantní problém. Konkrétně byly studovány sorpce nesteroidní protizánětlivé látky ibuprofenu, triazolového fungicidu tebuconazolu a nejrozšířenější drogy kofeinu na PHB částice, které velikostně spadají do skupiny mikroplastů. K analýzám byla využita metoda kapalinové chromatografie s hmotnostní detekcí.
|
|
|
Microfibers based on polyhydroxybutyrate for medical applications
Gregušková, Zuzana ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Master’s thesis targets microfibers based on biopolymer poly(3-hydroxybutyrate) and their use in medical applications. The theoretical part deals with a study of the microfibers creation process using the technology of centrifugal spinning, its kinetics and factors influencing the creation and properties of prepared microfibres. Subsequently, the theoretical part orientates on a short overview of biopolymers used in the technology, characterization of material poly(3-hydroxybutyrate). It also presents a proposal of a potential target application of the microfibres. The experimental part concentrates on microfibers preparation from the mentioned poly(3-hydroxybutyrate). Several parameters leading to better spinnability of the material are tracked and optimized. The practical part is extended by modifying the polymer solution by adding other biopolymers and plasticizers and producing microfibres from the polymer mixture thus treated. Attention is also paid to the optimization of process parameters. Moreover, the prepared microfibres are analyzed and characterized by several methods and compared to develop a suitable alternative to currently used substrates for cell growth in 3D.
|
|
|
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).
|
host ::
RSS.