|
|
Electrospinning of Modified Biopolymers for Medical Applications
Pavliňáková, Veronika ; Martinová,, Lenka (referee) ; Zajíčková, Lenka (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Předkládaná disertační práce se zabývá přípravou a charakterizací nových biokompatibilních nanovláken s potenciální aplikací v medicíně. V této práci byl výběr jednotlivých složek pro přípravu nanovlákenného materiálu zvolen tak, aby vyhovoval nárokům tkáňového inženýrství. Literární rešerše shrnuje poznatky o elektrostatickém zvlákňování a o jeho parametrech. Dále se věnuje možnostem elektrostatického zvlákňování proteinů kolagenu a želatiny a jejich směsmi se syntetickými polymery a biopolymery a anorganickými plnivy. Teoretická část řeší také různé postupy síťování nanovláken vedoucí ke zlepšení jejich hydrolytické stability a mechanických vlastností. Poslední část je zaměřena na anorganické nanotrubky halloysitu (HNT), které získaly svou pozornost díky svým vynikajícím fyzikálním a biologickým vlastnostem. V experimentální části byly zpracovány dvě případové studie, z nichž každá se zabývá přípravou nanovlákenných biomateriálů s potenciální aplikací v medicíně. První studie je zaměřena na přípravu a charakterizaci nových hydrolyticky stabilních antibakteriálních želatinových nanovláken modifikovaných pomocí oxidované celulózy. Unikátní inhibiční účinky nanovláken byly testovány na kmenu bakterie Escherichia coli pomocí metody chemické bioluminiscence. Kultivované buňky lidského papilárního adenokacinomu plic prokázaly dobrou adhezi a proliferaci k povrchu nanovláken. Druhá část popisuje vliv zdroje a množství anorganických halloysitových nanotrubek na strukturu a vlastnosti amfifilních nanovláken ze směsi želatiny a syntetického polykaprolaktonu. Přídavek HNT zlepšil tepelnou stabilitu, mechanické vlastnosti (jak tuhost, tak prodloužení) a snížil krystalinitu nanovláken. HNT z různých zdrojů neměl vliv na chování buněk, ale mírně ovlivnil proliferaci a životaschopnost buněk na povrchu nanovláken.
|
|
|
Polycaprolactone, synthesis, characterization, and degradability
Boháčová, Zdeňka ; Vojtová, Lucy (referee) ; Hermanová, Soňa (advisor)
Presented diploma thesis deals with the study of ring-opening polymerization (ROP) of caprolactone catalyzed by novel organic and organometallic compounds. In the theoretical part of the thesis a summary of polymerization strategies and catalytic/initiators systems for ROP of polyesters is overviewed on the basis of reported background research. In experimental part a series of caprolactone polymerization runs with the view of polymerization conditions (solution/monomer ratio, catalyst/initiator ratio, monomer/initiator ratio and monomer concentration) at the temperature range of 25-70 °C was carried out. The experimental study was focused on catalytic precursors based on organic carbenes (tBuNCH=CHN+tBu)CH Cl- (NHC-tBu) in tetrahydrofuran solution and complex of aluminium{O,O’-[4,5-P(O)Ph2tz]-AlMe2} Ph = phenyl, tz = triazole, (OAlMe2) in chlorobenzene solution. Obtained polymers were precisely characterized by means of 1H NMR spectroscopy (Bruker Avance), Differential scanning calorimetry (TA Instruments Q 2000) and Gel permeation chromatography (Agilent Technologies 1100 series) methods. The microbial degradability of synthesized polymer sample having Mn = 12 kg/mol, Mw/Mn = 2.5 and crystallinity degree of 53 % was examined. The polymer in the form of melt-pressed films and powder form was bacterially aged in Bacillus subtilis (BS) strain inoculated mineral and nutrient media for 42 days. Scanning electron microscopy (SEM) and Confocal laser scanning microscopy (CLSM) confirmed the crack development on the surface of films as the consequence of microbial attack in comparison with unchanged control samples. Moreover, the pink coloration of polymer suspension was observed as the consequence of bacterial activity.
|
|
|
Biodegradable polyurethanes based on poly(ethylene glycol)
Kupka, Vojtěch ; Žídek, Jan (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Predložená diplomová práce se zabývá syntézou biodegradabilních polyuretanu (bio-PU) na bázi polyethylenglykolu (PEG-u) a polykaprolaktonu (PCL) pro využití k medicínským úcelum. Cílem práce bylo vyvinout metodiku prípravy elastomerního polyuretanu, ze kterého by se dal v budoucnu pripravit skafold (nosic bunek) použitelný v tkánovém inženýrství pro humánní regenerativní medicínu. Teoretická cást práce shrnuje informace o materiálech využitelných pro zamýšlenou aplikaci. Zahrnuty jsou také techniky prípravy skafoldu, jejich biokompatibilita a charakterizace vlastností výsledného materiálu. Praktická cást je pak zamerena na navržení vhodné metodiky pro prípravu funkcních vzorku obsahujících PEG, PCL, hexamethylen-diisokyanát (HMDI) a ethylhexanoát cínatý jako katalyzátor. U pripravených vzorku byl zjištován vliv jejich složení (predevším ruzný obsah a molekulová hmotnost PEG-u) na botnání a hydrolytickou stabilitu spolecne s testováním mechanických vlastností, sledováním kinetiky sítování a stanovením stupne konverze. Morfologie vzorku byla sledována pomocí optické mikroskopie, chemické složení bylo potvrzeno infracervenou spektroskopií a tepelné vlastnosti byly urceny diferencní kompenzacní kalorimetrií. Vývoj v metodice prípravy ukázal, že je nezbytné odstranit pred syntézou z výchozích látek veškeré necistoty, predevším vodu a kyslík, jinak vznikaly nedokonale zreagované vzorky s velkým obsahem póru ruzných velikostí. Syntéza všech vzorku probíhala pod dusíkovou atmosférou ve dvou krocích, kdy v prvním se pouze homogenizovaly oba polyoly (PEG i PCL) na vakuové lince pri 130 °C a ve druhém pak vznikaly výsledné bio-PU za pridání HMDI pri 65 °C v inertní atmosfére manipulacního boxu. Vzorky pak byly dopolymerovány ve forme pri 65 °C pod dobu 48 hodin v sušárne. Ruzné fyzikální podmínky metodiky vedly k príprave jak nepruhledných bílých filmu, tak i vzorku s viditelnou separací fází až po flexibilní transparentní filmy. Pozorování optickým mikroskopem vzorku s fázovou separací prokázalo prítomnost sférolitické struktury krystalické fáze PCL v amorfní fázi matrice PEG-u. Sledování kinetiky sítování pomocí soxhletovy extrakce potvrdilo maximální konverzi polymerace (96 %) již za 4 h dopolymerování v sušárne. Testování zkouškou v tahu ukázalo, že výrazný vliv na pevnost v tahu má isokyanátový index (pomer NCO/OH skupin). Molekulová hmotnost PEG-u ovlivnovala pevnost v tahu jen u vzorku zcela zesítovaných. Merení botnání vzorku ve vode prokázalo, že s rustem molekulové hmotnosti PEG-u roste i obsah vody (od cca 28 až po 58 hm.%) ve vzorcích. Také degradace filmu ve vode pri 37 °C probíhala dle predpokladu rychleji u vzorku s vyšší molekulovou hmotností PEG-u. V predložené diplomové práci bylo potvrzeno, že množstvím a molekulovou hmotností polyethylenglykolu je možné rídit hydrolytickou stabilitu výsledných biodegradabilních polyuretanových elastomeru.
|
|
|
The Polymerization and Copolymerization of e-caprolactone using Organic and Organometallic Catalysts
Smrčková, Markéta ; Vojtová, Lucy (referee) ; Hermanová, Soňa (advisor)
Aliphatic polyesters due to their both biodegradability and biocompatibility appear as a class of promising candidates for biomaterials. Nevertheless, their utilization in practical biomedical systems relies on reproducible synthesis of defined products with the absence of residual toxics giving rise to undesired immunological response in human host. The literature review aim at reporting on the initiators/catalytic systems and synthetic strategies of polycaprolactone preparation. The experimental objective of this work was to verify the presence of catalytic residues based on organic carbenes and organometallic complexes of aluminium in prepared polyesters. A series of polycaprolactone (PCL) samples was purified by re-precipitation in methanol at -10 °C. The presence of catalytic residues in PCL after each purification step was monitored by 1H NMR (Bruker Avance). The residual amount of aluminium was determined by means of Atomic Absorption Spectrometry (AAS) and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS).
|
|
| |
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Stability of controlled drug release systems based on plasticized starch
Zhukouskaya, Hanna ; Štěpánek, Miroslav (advisor) ; Hrubý, Martin (referee)
The thesis is focused on the research of stability of controlled drug release systems based on a blend of plasticized starch/polycaprolactone (TPS/PCL) that served as a carrier. Antibiotic vancomycin was used as a model drug, and its release from TPS/PCL pellets into aqueous environment was followed by UV-spectroscopy and the obtained time dependences were treated by a simple kinetic model. Moreover, the simultaneous release of starch particles to the surrounding liquid phase was studied by static and dynamic light scattering as well as transmission electron microscopy (TEM) in order to obtain information on the stability of biodegradable matrix and on the structure of the products of the pellet decomposition on a nanoscale level. Key words: vancomycin, starch, drug delivery system, polycaprolactone (PCL), particle release, dynamic light scattering (DLS), static light scattering (SLS)
|
|
|
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.
|
|
|
Use of Nanomaterials in Fortification of Anastomoses on the Gastrointestinal Tract
Rosendorf, Jáchym ; Liška, Václav (advisor) ; Herrmann, Inge K. (referee) ; Wexner, Steven D. (referee)
Background: The main focus of the dissertation is the use of nanofibrous biodegradable materials for the healing support of intestinal anastomoses in colorectal surgery. The altered healing process of intestinal anastomosis leads to several types of local complications. Anastomotic leakage is one of the most feared ones. Severe anastomotic leakage causes peritonitis, sepsis and is a life-threatening condition. Reoperation is necessary in many cases, bringing the need for intensive care, and hospital stays prolongation. Extensive peritoneal adhesions are another source of postoperative complications. These adhesions are a frequent cause of bowel obstruction and abdominal discomfort and are the most common reason for readmission after colorectal procedures. Nanofibrous biodegradable materials showed positive effects on the healing process in various locations. We aimed to develop and perfect a biodegradable patch for both prevention of anastomotic leakage and the formation of extensive peritoneal adhesions. Methods: We conducted 3 subsequential experiments on porcine models. In Experiment A, we managed to develop polycaprolactone and polylactic acid- polycaprolactone copolymer nanofibrous patches and applied them on anastomoses on the small porcine intestine. The animals were observed for 3 weeks....
|
guest ::
