|
|
Electrospinning of Modified Biopolymers for Medical Applications
Pavliňáková, Veronika ; Martinová,, Lenka (oponent) ; Zajíčková, Lenka (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
Proposed dissertation thesis is dedicated to the preparation and characterization of novel biocompatible nanofibers with both biological and medical potential applications. The main emphasis of this thesis was focused on the preparation of composite nanofibers respecting the principles of "green chemistry", meaning hard requirements of tissue engineering. The theoretical part summarizes knowledge about the electrospinning process and its parameters. The literature review also describes the electrospinning of proteins like collagen and gelatin, their blends with synthetic polymers and biopolymers as well as with inorganic fillers. One chapter deals with various kinds of crosslinking agents to improve nanofiber hydrolytic stability. The last chapter is aimed to halloysite inorganic nanotubes (HNT) gaining much attention for the use as drug carrier due to its remarkable physical (mechanical reinforcement) and biological (biocompatibility and low toxicity) properties. The experimental part is divided into two chapters, each of them examines issues of nanofibrous material preparation from different perspective. The first part is focused on novel hydrolytically stable antibacterial gelatin nanofibers modified with oxidized cellulose. The unique inhibitory effect of the nanofibers was examined by luminometric method using genetically modified Escherichia coli strain. Seeded adenocarcinoma lung cells proved good adhesion and proliferation. Second experimental part explores the effect of source and amount of natural tubular halloysite on the structure and properties of biocompatible amphiphilic nanofibers based on a polycaprolactone and gelatin. The addition of HNT improved the thermal stability, mechanical properties (both stiffness and elongation) and reduced the crystallinity of nanofibers. The HNT from different sources did not affect the cell behavior but slightly influenced the proliferation and viability of cells on nanofibers.
|
|
|
Biodegradable polyurethanes based on poly(ethylene glycol)
Kupka, Vojtěch ; Žídek, Jan (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
Presented diploma thesis deals with synthesis of biodegradable polyurethanes (bio-PUs) based on poly(ethylene glycol) (PEG) and poly(e-caprolactone) (PCL) with potential use in medicine. The aim of the work was to develop the methodology for synthesis of elastomeric polyurethane that could be formed into scaffold applicable in tissue engineering for regenerative human medicine. The theoretical part summarizes the knowledge of various kinds of materials which are possible to use for intended application. Scaffold forming techniques, their biocompatibility and characterization of properties of resulting materials are involved. The experimental part is focused on the development of suitable methodology to prepare functional samples based on PEG, PCL, hexamethylene diisocyanate (HMDI) and stannous octoate as the catalyst. Effect of bio-PUs composition (mainly different amount and molecular weight of PEG) on the swelling and hydrolytic stability was investigated together with testing mechanical properties, monitoring the net formation and the degree of conversion. The morphology of prepared samples was analyzed by optical microscopy, chemical composition was confirmed by infrared spectroscopy and the thermal properties were measured by differential scanning calorimetry. As for methodology development, it was found that it is necessary to degas all feedstocks before synthesis, otherwise non-well polymerized samples with different pore size have been obtained. Synthesis of bio-PU was realized under the nitrogen atmosphere in two steps. First, both polyols (PEG and PCL) were homogenized on the vacuum line at 130 °C followed by the addition of HMDI in the second step at 65 °C in glove-bag to obtain bio-PU samples. Finally samples were cured at the mould for 48 hours at 65 °C in oven. Based on the physical conditions of samples preparations, flexible bio-PU from white films through cloudy (with visible phase separation) to transparent films (clear) were obtained. Phase separation was confirmed by optical microscopy showing typical spherulite structure of crystalline phase (PCL) in amorphous matrix of PEG. The monitoring of net formation confirmed maximal conversion of polymerization (96 %) already after 4 hours of curing in the oven. Mechanical properties testing showed that important influence to rupture strength has isocyanate index (NCO/OH ratio). Different molecular weight of PEG showed influence to tensile properties as the specimens were completely cross-linked. Characterization of swelling exhibited increase the water uptake of samples with growing molecular weight of PEG (from 28 up to 58 wt.%). As well as, the bio- PU samples having higher molecular weight of PEG degraded faster in water at 37 °C. In presented diploma thesis was confirmed that it is possible to control the hydrolytic stability of obtained biodegradable polyurethane elastomers by the amount and the molecular weight of PEG.
|
|
|
Collagen cross-linking using oxidized cellulose
Filka, Pavel ; Márová, Ivana (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
Theoretical part of submitted diploma thesis deals with the basic finding of collagen, one of the most representing proteins in a human body, and oxidized cellulose used in medicine for several decades. Main part of the literature search is concerned on the collagen cross-linking, which is necessary for the collagen stability improving, thereby increasing the resistance against its degradation. As a cross-linking agent, the oxidized cellulose having the haemostatic properties as well as the carboxyl functional groups suitable for cross-linking proteins can be used. Experimental work was focused on the investigation of mutual behaviors of mixed water solutions based on oxidized cellulose and collagen. Films or lyophilized sponges prepared from these polymer mixtures could be used in medicine as a haemostatic or antibacterial wound healing coverings. The series of weight ratios between collagen and oxidized cellulose (9:1, 3:1, 5:3, 1:1, 1:2, 1:3, 1:9) involving constant content of collagen and increasing amounts of cellulose were prepared. Their ability to chemical linking, generating the formation of amide bond between carboxyl group of oxidized cellulose and free amino group of collagen, was investigated via two UV-VIS spectroscopic methods using a colored reaction among the chemical reagent (ninhydrin or 2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid) and free amino groups of collagen. Moreover, the carboxyl groups of oxidized cellulose were activated either in the polymer solution (in situ) or in the form of a film using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide and N hydroxysuccinimide (EDC/NHS). The changes at the secondary structure level were investigated by Fourier-transformed infrared spectroscopy (FT-IR). The stability of thin prepared films from each polymer mixture was determined using hydrolytic degradation at 37 °C. Morphological changes in the two types of samples, one frozen quickly at – 196 °C and second slowly at -30 °C, were observed using scanning electron microscopy (SEM). During the polymer mixture preparation, the precipitation up to the ratio of 1:1 between collagen and cellulose has occurred. UV-VIS analyses confirmed free amino groups reduction resulting in cross-linking between collagen and cellulose as well as increasing in hydrolytical stability obtained from degradation measurement of prepared films. At the ratio higher than 1:2 up to 1:9 the polymer mixture was homogeneous without precipitation, however, from the increasing free amino groups it is presupposed that cellulose acted as physical cross-linker at the small amount and beyond the equilibrium state works more like solvent. It probably caused the changes in collagen at the secondary structure level registered from FT IR analysis. Activation of cellulose carboxyl groups by EDC/NHS was not confirmed. Collagen to cellulose ratio affected as well as the porosity and the pore size of prepared scaffolds. Based on SEM, the porosity of scaffolds froze by liquid nitrogen was between 46 – 60 % up to the ratio of 1:1 and significantly increased with cellulose addition up to 81 % (at ratio of 1:9). Average pore size of neat collagen was very small (14 ± 5 m) in comparison with pure oxidized cellulose (79 ± 24 m). That is why the cellulose addition increased the pore size approximately up to 55 m except for the 1:9 ratio having very large pore size (186 ± 76 m) and very regular structure resembling honeycomb seen at pure cellulose as well.
|
|
|
Novel Antibacterial Collagen Scaffolds for Regenerative Medicine
Dorazilová, Jana ; Brtníková, Jana (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
This master’s thesis deals with the characterisation of 3D porous collagenous sponges enriched with selected antibacterial agents. The literature part of the thesis focuses on the overview of biomaterials and biopolymers with the emphasis on collagen and chitosan, outlines the antibacterial properties of nanoparticles and reviews current aspects of using selenium nanoparticles as an antibacterial agent. For the purpose of this work, two types of antibacterial additives were used – biopolymeric chitosan and selenium nanoparticles. Preparation of 3D porous structure was achieved using the freeze drying method. Mechanical properties of prepared biopolymeric matrices were improved by chemical crosslinking in the presence of carbodiimide. Predominantly physiochemical methods were used for characterization of prepared collagenous sponges. For microstructure analysis, pore size determination, visualisation of nanoparticles and their distribution inside the porous structure, scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive x ray optical analysis (EDX) was used. Parameters such as total porosity, swelling ratio, weight loss during degradation in water and enzymatic environment were evaluated by suitable gravimetric methods. Fourier transformed infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (ATR-FTIR) was used to determine changes in the chemical structure of collagenous matrices before and after addition of the antibacterial agents. Percentage release of nanoparticles was evaluated using optical emission spectroscopy with inductively coupled plasma (ICP OES). Evaluation of antibacterial properties of tested samples was carried out mainly by the agar diffusion disk method and the macrodilution broth method. In the conducted research we were able to determine the influence of selected antibacterial additives on the physiochemical properties of 3D collagenous matrices. Their antibacterial activities showed a positive effect on bacterial inhibition of both chitosan and selenium nanoparticles with respect to their concentrations. The designed materials could be further utilized for bio medicinal applications, especially in the field of soft tissue regeneration.
|
|
|
Transportní charakteristiky tenkých filmů na bázi polyvinylalkoholu
Blažková, Dominika ; Smilek, Jiří (oponent) ; Kalina, Michal (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá optimalizací přípravy hydrogelových tenkých filmů na bázi polyvinylalkoholu (PVA). Prvním krokem byla optimalizace přípravy filmů. Pro přípravu PVA filmů bylo používáno PVA o molekulové hmotnosti 130 kDa a byly z něj připravovány 10 hm.% roztoky v ultračisté vodě. Doba zahřívání roztoku byla stanovena na 1,5 h při 90 °C. Následovalo sušení 24 h při 50 °C. Následně byly také připraveny PVA filmy z roztoků methylenové modři ve vodě a z roztoků methylenové modři ve vodném roztoku NaCl. Připravené filmy byly následně charakterizovány pomocí měření jejich tloušťky, schopnosti botnání, specifického povrchu a difúzních vlastností. Morfologie PVA filmů byla zobrazena rovněž pomocí SEM mikroskopie. Všechny připravené PVA filmy byly hladké a měly velmi malý specifický povrch. Byly sledovány transportní vlastnosti metodou uvolňování do roztoku. Jako sonda byla použita methylenová modř. Bylo pozorováno uvolňování do 5, 10 a 20 ml ultračisté vody. Ze získaných výsledků vyplývá, že se nejvíce methylenové modři uvolnilo do roztoku s největším objemem a uvolňování methylenové modři z PVA filmu probíhá volně bez výrazné interakce s matricí PVA filmu.
|
|
|
Využití výpočtového programu Impact FEM při řešení úloh mechaniky těles
Ferenc, Filip ; Kubík, Petr (oponent) ; Vosynek, Petr (vedoucí práce)
Bakalářská práce je zaměřena na výpočet základních úloh mechaniky těles s využitím programu Impact FEM. V úvodu této práce je pár základních informací o numerických výpočtech, kon-krétně o metodě konečných prvků. Dále je čtenář seznámen s programem Impact FEM. Hlavní náplní práce je verifikace geometricky jednoduchých úloh s analytickým řešením a programo-vým prostředím Ansys Workbench. Závěrem je celkové zhodnocení programu, kdy na základě dosažených výsledků je konstatováno, že program v současné době není vhodný k výpočtu úloh mechaniky těles, avšak může dobře sloužit jako výuková pomůcka.
|
|
|
Příprava materiálů na bázi reaktivně modifikovaných polyolefinů
Běťák, Lukáš ; Žídek, Jan (oponent) ; Kučera, František (vedoucí práce)
Diplomová práce popisuje přípravu modifikovaných polyolefinů roubováním anhydridem kyseliny itakonové a následnou reakcí s primárními anebo sekundárními aminy (diaminododekan, aminoethylethanolamin a aminoethylpiperazin). Současné poznatky o radikálové a kondenzační modifikaci polypropylenu byly shrnuty v teoretické části, kde je popsáno i využití reaktivně modifikovaného polypropylenu. Modifikace polypropylenu byla provedena radikálovým roubováním a následnou kondenzační reakcí amino sloučenin s naroubovaným anhydridem. Příprava radikálově roubovaného polypropylenu (PP-g-IAH) byla prováděna v souběžně rotujícím dvoušnekovém extruderu Brabender (25 DSE L/D = 34) při teplotě 230 °C, otáčkách 30 RPM a reakční době 3 minuty. Hmotnostní obsah monomeru v připraveném polymeru byl 0,5 hm %. Iniciátorem reakce byl peroxid 2,5 dimethy-2,5-bis(tert-butylperoxy) hexan (Luperox 101) v molárním poměru iniciátor/monomer = 1:0,6. Následně byl PP-g-IAH modifikován aminy v molárním poměru anhydrid/amin od 1:0,3 do 1:1 v jednošnekovém extruderu Betol (1825 L/D = 39). Reaktivní extruze probíhala při teplotě 210 °C, otáčky byly 30 RPM po dobu 3 minut. Analýzou vzorků pomocí infračervené spektroskopie byla stanovena konverze roubovací a kondenzační reakce a vliv amino sloučenin na vznik amidu a imidu anhydridu. Vliv přídavku amino sloučenin na krystalinitu polymeru byl analyzován pomocí diferenciální skenovací kalorimetrie. Termická stabilita modifikovaných polymerů byla studována pomocí termogravimetrické analýzy. Reologické chování modifikovaného PP bylo analyzováno měřením komplexní viskozity.
|
|
|
Modifikace polyethylenu reaktivním kompaundováním
Horkel, Ondřej ; Kučera, Jaroslav (oponent) ; Petrůj, Jaroslav (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá problematikou radikálově iniciované kompaundace polyethylenu 1-vinyladamantanem. Teoretická část se zaměřuje na teorii roubovacích procesů, na problematiku vlivu procesních parametrů na jejich průběh a na vlastnosti použitého monomeru. V části praktické byly navrženy dvě série pokusů, v obou případech byl použit polyethylen LITEN MB 87, jako iniciátor (2,5-dimethyl-2,5-bis(tert-butylperoxy)hexan) neboli Trigonox 101 a ke stabilizaci byly použity látky označované jako Ionol a Irgafos 168. Pokusy byly prováděny v hnětiči Brabender, teplota byla 180 – 185 °C, doba reakce 5 minut. K vyhodnocení vlastností připravených vzorků byla použita zkouška v tahu, zkouška vrubové houževnatosti Charpy, měření indexu toku taveniny, analýza točivého momentu při hnětení a analýza IR spektra vzorků. Pomocí těchto experimentů bylo zjištěno, že již obsah iniciátoru 2 hm. % způsobuje za těchto podmínek přílišné síťování. Dále bylo zjištěno, že za těchto podmínek provedená modifikace nezlepšuje tahové vlastnosti vzorků, mírně však navyšuje houževnatost. Vliv modifikace na MFI je třeba dále prověřit. FTIR analýzou byla zjištěna přítomnost nezreagovaného monomeru na základě výskytu pásů vinylových skupin.
|
|
| |
|
|
Využití škrobu a glycerinu k přípravě polymerních fólií s řízenou dobou života
Almásyová, Zuzana ; Pospíšil, Ladislav (oponent) ; Jančář, Josef (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá přípravou a testováním biologicky rozložitelných materiálu pro použití v obalovém průmyslu. Cílem práce je laboratorní příprava folií na bázi pšeničného škrobu, glycerolu, polyvinylalkoholu s přídavkem vhodného aditiva, kterým byla zvolena kyselina citronová. Bylo nalezeno vhodné složení splňující požadavky obalových folií. Nejlepších výsledků dosahují kvaternární směsi ze všech složek. Bylo zjištěno, že kyselina citronová může mít vliv na chemickou strukturu a tím ovlivní mechanické a termické vlastnosti a také stupeň rozpustnosti. Folie byly charakterizovány z hlediska mechanických vlastností pomocí tahové zkoušky a termické stability pomocí termogravimetrické analýzy s ohledem na fázovou strukturu. Struktura byla charakterizována infračervenou spektroskopií s Fourierovou transformací a konfokální laserovou rastrovací mikroskopií. Biologická rozložitelnost folie byla zkoušena prostřednictvím její rozpustnosti ve vodném prostředí.
|
host ::
RSS.