Příprava a charakterizace směsných hydrogelů na bázi systému hyaluronan-albumin
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Tato diplomová práce se zabývá přípravou a následnou charakterizací albuminových (BSA) a směsných hyaluronan-albuminových (HA+BSA) hydrogelů. Experimentální charakterizace byla založena na reologickém měření vlivu iontové síly, pH a molekulové hmotnosti hyaluronanu na proces gelace a vlastnosti vzniklých gelů, stejně tak jako na měření časové stability těchto vlastností. Dalším předmětem studia bylo bobtnání gelů ve vodě a v pufrech o různém pH. Charakterizace byla doplněna o termickou analýzu, popis morfologie využitím elektronové mikroskopie a studium transportních vlastností hydrogelů pro zvolenou modelovou látku. Vlivem rostoucí iontové síly docházelo k posunu bodu gelace k vyšším teplotám a vzniklé gely vykazovaly vyšší hodnoty komplexního modulu. V případě, kdy bylo pH nižší než hodnota izoelektrického bodu BSA, se uplatňovaly přitažlivé elektrostatické interakce mezi albuminem a hyaluronanem a ke gelaci docházelo výrazně rychleji než v případě, kdy bylo pH vyšší než izoelektrický bod BSA. Hodnoty komplexního modulu naopak s rostoucím pH stoupaly. Vyšších hodnot komplexního modulu rovněž dosahovaly vzorky v přítomnosti nízkomolekulového HA, v porovnání s vysokomolekulovým HA. Reologické vlastnosti BSA gelů byly v čase stálé, naproti tomu směsné HA+BSA gely byly charakteristické výrazným poklesem komplexního modulu v prvních třech dnech skladování. Studované vzorky gelů ztrácely ohřevem na 100 °C víc než 80 % své hmotnosti, jako důsledek vypařování vody. Zvýšením teploty na 250 °C nedocházelo u xerogelů k dalším změnám spojeným s úbytkem hmotnosti, na rozdíl od práškového BSA, u kterého byl v důsledku počínající degradace pozorován úbytek hmotnosti při teplotě 220 °C. Studium bobtnání, stejně jako snímky z elektronové mikroskopie, poukazovaly na vyšší hustotu síťování BSA gelů v porovnání se směsnými HA+BSA vzorky, které dosahovaly vyšších hodnot stupně bobtnání. Rovnovážný stupeň bobtnání všech vzorků byl nejnižší při pH 4, což je pH blízké izoelektrickému bodu BSA. Vypočítané hodnoty relativního difuzního koeficientu, vztažené na difuzivitu methylenové modři ve vodě, se pohybovaly v řádu 10E-2 při difuzi do fyziologického roztoku a v řádu 10E-3 v případě difuze z gelu do vody. Probíhající transport modelového barviva z gelu byl výrazně pomalejší v porovnání s jeho difuzí ve vodě, což bylo způsobeno zejména porozitou hydrogelu a elektrostatickou imobilizací kladně nabitých molekul methylenové modři na záporně nabitých řetězcích BSA a HA.
This diploma thesis deals with preparation and subsequent characterization of albumin (BSA) and mixed hyaluronan-albumin (HA+BSA) hydrogels. The experimental characterization was based on the rheological measurements of the influence of ionic strength, pH and molar mass of HA on the gelation process and the properties of formed gels, as well as the time stability of these properties. Following object of the study was swelling of hydrogels in water and buffers with different pH value. Characterization was extended by thermal analysis, morphology description using scanning electron microscopy (SEM) and study of transport properties of hydrogels for selected model substance. Due to increasing ionic strength, the gel point was shifted towards higher temperature values and the resulting gels exhibited higher values of complex moduli. In case when pH was lower than isoelectric point of BSA, attractive electrostatic interactions between albumin and hyaluronan took place and the faster gelation occurred, compared to the case when pH was higher than isoelectric point of BSA. On the contrary, values of complex moduli increased with increasing pH. The gel samples prepared in the presence of low molecular weight HA reached higher values of complex moduli, compared to samples with the high molecular weight HA. Rheological properties of BSA gels were stable over time, whereas the mixed HA+BSA were characterized by significant decrease of complex moduli during the first three days of storage. Due to heating up to 100 °C, more than 80 % of the weight of studied samples was lost, as a result of water evaporation. Further heating of hydrogels, up to 250 °C, did not cause other changes associated with weight loss, in contrast with crystalline powder BSA, in which another weight loss at 220 °C was observed, as a result of the beginning degradation. Swelling studies, as well as SEM images, indicated higher crosslink density of BSA gels, compared to HA+BSA samples, which exhibited higher values of swelling ratio. The lowest values of equilibrium swelling ratio were observed at pH 4, which is close to the isoelectric point of albumin. Calculated diffusion coefficients relative to diffusivity of methylene blue in water ranged between the order of 10E-2 for diffusion into physiological solution and the order of 10E-3 for the diffusion into water. Ongoing transport of model dye from gel to solution was significantly slower, compared to its diffusion in water, as a result of gel porosity and electrostatic immobilization of positively charged molecules of methylene blue on the negatively charged BSA and HA chains.
This diploma thesis deals with preparation and subsequent characterization of albumin (BSA) and mixed hyaluronan-albumin (HA+BSA) hydrogels. The experimental characterization was based on the rheological measurements of the influence of ionic strength, pH and molar mass of HA on the gelation process and the properties of formed gels, as well as the time stability of these properties. Following object of the study was swelling of hydrogels in water and buffers with different pH value. Characterization was extended by thermal analysis, morphology description using scanning electron microscopy (SEM) and study of transport properties of hydrogels for selected model substance. Due to increasing ionic strength, the gel point was shifted towards higher temperature values and the resulting gels exhibited higher values of complex moduli. In case when pH was lower than isoelectric point of BSA, attractive electrostatic interactions between albumin and hyaluronan took place and the faster gelation occurred, compared to the case when pH was higher than isoelectric point of BSA. On the contrary, values of complex moduli increased with increasing pH. The gel samples prepared in the presence of low molecular weight HA reached higher values of complex moduli, compared to samples with the high molecular weight HA. Rheological properties of BSA gels were stable over time, whereas the mixed HA+BSA were characterized by significant decrease of complex moduli during the first three days of storage. Due to heating up to 100 °C, more than 80 % of the weight of studied samples was lost, as a result of water evaporation. Further heating of hydrogels, up to 250 °C, did not cause other changes associated with weight loss, in contrast with crystalline powder BSA, in which another weight loss at 220 °C was observed, as a result of the beginning degradation. Swelling studies, as well as SEM images, indicated higher crosslink density of BSA gels, compared to HA+BSA samples, which exhibited higher values of swelling ratio. The lowest values of equilibrium swelling ratio were observed at pH 4, which is close to the isoelectric point of albumin. Calculated diffusion coefficients relative to diffusivity of methylene blue in water ranged between the order of 10E-2 for diffusion into physiological solution and the order of 10E-3 for the diffusion into water. Ongoing transport of model dye from gel to solution was significantly slower, compared to its diffusion in water, as a result of gel porosity and electrostatic immobilization of positively charged molecules of methylene blue on the negatively charged BSA and HA chains.
Description
Citation
HÁJOVSKÁ, P. Příprava a charakterizace směsných hydrogelů na bázi systému hyaluronan-albumin [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2017.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Spotřební chemie
Comittee
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
prof. Ing. Michal Čeppan, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Karel Friess, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Irena Kratochvílová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (člen)
Date of acceptance
2017-05-29
Defence
Pekař: Jaký byl poměr albuminu a hyaluronanu v připravovaných gelech a jejich nábojů?
Kratochvílová: Jaká je motivace pro úpravu vlastností zkoumaných gelů?
Čeppan: K čemu je dobré zpomalení difúze v gelu?
Friess: Jaké jsou podmínky použití modelu pro transport gelem?
Co jsou struktury na SEM snímcích?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení