BALGOVÁ, Z. Syntéza a vlastnosti biokompozitních materiálů s potenciálním využitím v medicíně [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2014.
Předkládaná disertační práce se zabývá syntézou a studiem kompozitních materiálů na bázi PVA-HA pro potenciální lékařské využití. Teoretická část je zaměřena na biomateriály, zejména na kompozity složené z polyvinylalkoholu a hydroxyapatitu (PVA/HA). Byly připraveny kompozitní membrány složené z polyvinylalkoholu s různým hmotnostním zastoupením hydroxyapatitu - 0%, 10%, 20%, 30%, 40% a 50%. Hydroxyapatit (HA) byl připraven srážecí metodou z hydrogenfosforečnanu amonného a tetrahydrátu dusičnanu vápenatého ve vodném alkalickém prostředí. Vzniklá suspenze se smísila s roztokem polyvinylalkoholu, který byl připraven rozpuštěním ve vodě o teplotě 85° C. Jednotlivé směsi byly odlity do formy a sušeny po dobu 7 dní při teplotě 30 ° C, vzniklé 0,5 mm tenké membrány byly analyzovány ATR-FTIR spektroskopií k identifikaci funkčních skupin v kompozitu, dále byla provedena XRD analýza. Zkouška tahem a TGA měření byly realizovány k určení vlivu HA na mechanické vlastnosti, respektive změnu tepelné odolnosti kompozitů ve srovnání s čistým PVA. Byla provedena zkouška bioaktivity v simulovaném krevním roztoku (SBF) po dobu 2h, 7 a 28 dnů. SEM byla použita k charakterizaci povrchové mikrostruktury biokompozitních membrán před a po ponoření do SBF. Na povrchu testovaných membrán vznikla vrstva apatitu, která je charakteristická pro bioaktivní materiály. Bylo zjištěno, že s rostoucím množstvím HA v kompozitu docházelo ke vzniku aglomerátů, které vznikly mimo jiné jako důsledek růstu krystalů HA během sušení membrán. Bioaktivita rostla s delším působením SBF na vzorky. Ing. Zuzana Balgová zpracovala předloženou disertační práci formou prezenčního (od 13. 06. 2006) a kombinovaného studia (od 20. 11. 2009). Dílčí zkoušky stanovené Studijním programem vykonala v průběhu roků 2008 až 2009. Dne 04.12.2009 vykonala Státní doktorskou zkoušku s hodnocením – prospěla. Doktorandka se plnou měrou podílela na všech experimentech, včetně chemických analýz a vyhodnocení dosažených experimentálních výsledků. Výsledky svých prací zveřejnila jako vedoucí autorského kolektivu v impaktovaném časopise CC (Central European Journal of Chemistry), dále v 1 časopise abstrahováno v CA. Je autorkou 3 příspěvků ve sbornících z konferencí ve světovém jazyce a dále a 2 příspěvků ve sbornících z konferencí v českém jazyce. Ing. Zuzana Balgová během celého doktorského studia prokázala vysokou míru samostatnosti, tvořivosti a pracovitosti. Vzhledem k uvedeným skutečnostem mohu konstatovat, že Ing. Zuzana Balgová je schopna samostatné vědecké činnosti a proto doporučuji předloženou práci přijat k obhajobě a po její úspěšné obhajobě udělit její titul Ph.D. ve studijním programu DPCO_CHM_4 Chemie, technologie a vlastnosti materiálů.
Snaha o zachovanie kvality života - zdravia ľudí aj v starobe a po ťažkých úrazoch nás iniciuje vyvíjať nové, kvalitatívne lepšie implantačné materiály. Veľká pozornosť sa venuje syntéze a charakterizácií materiálov, ktoré sú chemickou povahou blízke pôvodným nahradzovaným tkanivám. Téma dizertačnej práce Ing. Zuzany Balogovej je toho príkladom. Predmetom práce „SYNTÉZA A VLASTNOSTI BIOKOMPOZITNÍCH MATERIÁLÚ S POTENCIÁLNÍM VYUŽITÍM V MEDICÍNĚ“ bolo pripraviť syntetický prášok hydroxyapatit (HA), rozdispergovať ho v spojive polyvinylalkoholu (PVA) a získaný biokompozit charakterizovať. Hydroxyapatit predstavuje anorganický základ kosti a jednoducho sa syntetizuje Teoretická časť práce obsahuje všeobecný prehľad materiálov používaných ako implantáty, charakterizuje prekurzory použité pre prípravu plánovaného biokompozitu a pojednáva o vzájomnej interakcii HA a PVA. Diskusia výsledkov je vedená prehľadne. U získaných membrán sú IR spektroskopiou analyzované funkčné skupiny, ďalej je testovaná pevnosť a bioaktivita. V závere sa uvádza aj návrh na pokračovanie prác. Práca má dobrú úroveň, precízne je spracovaný prehľad použitej literatúry, zoznam symbolov, obrázky a tabuľky. K práci mám nasledujúce pripomienky formálneho charakteru: - V práci sa vyskytujú rovnaké názvy podkapitol vo viacerých kapitolách (kap. 3.1 a 3.2 a ich podkapitoly). - V závere teoretickej časti chýba kapitola s metodikami štúdia materiálov vhodných pre študovaný kompozit. Miesto toho je princíp niektorých použitých metodík príliš obšírne uvedený v experimentálnej časti, kde prekrýva postup príprav a pôsobí to dosť rušivo. A preto sa asi stalo, že prístroj pre meranie IR- spektier je uvedený až v diskusii (str. 41). - V experimentálnej časti je: o veľmi stroho a neúplne definovaná kvalita použitých chemikálií (kap. 4.1.1), napr. chýba etanol, o nie je uvedené množstvo prídavku NaN3 v SBF, o obr. 41 a 42 sa v práci opakujú (45, 46) o testovanie hodnoty pH „lakmusovým“ papierom pri syntéze HA a príprave SBF je prekvapivé, o nie je uvedené z čoho bola forma pre odlievanie membrán, aká bola citlivosť váh, použitých pre váženie vzoriek po expozícii vzoriek v SBF a ako sa vzorky po expozícii pred vážením sušil a koľko vzoriek bolo testovaných v jednej sérií (nepostrehla som). Posudzujúc obsah, kvalitu a vedecký prínos predloženej dizertačnej práce v plnom rozsahu sú splnené stanovené ciele práce a nároky, ktoré sú kladené na dizertačné práce. Experimentálnymi výsledkami a ich spracovaním doktorandka preukázala schopnosť vedecky pracovať čo dokazuje aj zoznam jej publikačnej činnosti uvedený na konci dizertačnej práce. Na základe týchto skutočností a v súlade so Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně doporučujem prácu „Syntéza a vlastnosti biokompozitních materiálů s potenciálním využitím v medicíně“ k obhajobe a po úspešnej obhajobe následne udeliť
Štúdium kompozitných biomateriálov je mimoriadne aktuálna téma mnohých vedeckých projektov, pričom mnohé z týchto materiálov našli už uplatnenie v medicínskej praxi. Predmetom štúdia dizertačnej práce Ing. Zuzany Balgovej je príprava kompozitných vrstiev zložených z polyvinylalkoholu (PVA) a hydroxylapatitu (HA). Vrstvy pripravené odlievaním suspenzie HA v roztoku PVA pri rôznych pomeroch oboch zložiek sa následne charakterizovali pomocou ATR-FTIR a XRD analýzy, k charakterizácii povrchu sa využila SEM a študovali sa mechanické a termické vlastnosti kompozitov. Dôraz sa kládol na tvorbu hydroxyapatitu na povrchu vzoriek po ich namáčaní v simulovanej telovej kvapaline (SBL). Pri hodnotení práce hneď na začiatku môžem konštatovať, že doktorandka vychádzala z množstva literatúry, ktorá je vcelku prehľadne spracovaná v teoretickej časti. Pri jej čítaní som si uvedomil často odlišné chápanie niektorých pojmov, ktoré sa používajú v rôznych oblastiach chémie a iba pomaly sa presadzujú pojmy definované v interdisciplinárnej oblasti vednej disciplíny biomateriálov. Už názov práce uvádza syntézu ako spôsob prípravy, čo je diskutabilné. Za vážnu nezrovnalosť považujem pojem biokompatibility, ktorá je jasne definovaná ako prijateľná odozva organizmu na biomateriál. V prípade predloženej práce sa dokonca uvádza bioaktivita in vitro, pričom by sa malo hovoriť o potenciálnom zvýšení biokompatibility materiálu v dôsledku modifikácie povrchu materiálu. Nebudem sa detainejšie zaoberať drobnejšími nezrovnalosťami v teoretickej časti, ale vzhľadom na ďalšie štúdium poukážem na niektoré problémy v časti výsledkov a diskusie. V práci sa na prípravu biokompozitu použil PVA Mowiol 10-98. Je to vysoko hydrolyzovaný typ, ale s relatívne nízkou viskozitou, ktorá je daná hlavne mólovou hmotnosťou. Pre kompozitné materiály s anorganickou zložkou sa používajú typy s vyššou viskozitou ako 56-98 alebo 26-98. Tým by sa dosiahla lepšia homogenita vrstvy v porovnaní, ako je v práci dokumentovaná pomocou SEM v jej lome. Pri charakterizácii kompozitu a jeho zložiek pomocou ATR-FTIR sú jednotlivé pásy spektra popísané dobre. Odvážny však je vyslovený záver o existencii väzby medzi molekulou polyméru a HA na základe absorbčného pásu pri 2944 cm-1. V teoretickej časti je vznik inej ako vodíkovej väzby uvedený z literatúry, v ktorej sa študovali nanočastice HA, no na základe popisu experimentu sa nezdá záver citovaných autorov korektný. Nerobili sa merania ATR-FTIR aj pri vzorkách po namáčaní v SBL? Aj v súvislosti so zameraním práce, tým by bolo možné bližšie charakterizovať vyzrážanú vrstvičku na povrchu. Výsledky SEM ukazujú (obr. 29), že vrstva nie je homogénna a vysoká koncentrácia HA častíc je po usadení v spodnej vrstve. Táto skutočnosť pravdepodobne do značnej miery ovplyvňuje namerané mechanické vlastnosti. Kompozitné vrstvy oproti PVA strácajú pre plasty charakteristickú medzu sklzu, zostáva však pomerne veľké predĺženie pri pretrhnutí, nezvyklé pre kompozity. Logický je pokles pevnosti a húževnatosti s nárastom HA zložky, aj keď pri nižších koncentráciách má spevňujúce vlastnosti. Ako bol meraný Youngov modul a aká bola štatistika pri meraných hodnotách? Výsledky z termického rozkladu kompozitov poukazujú na dva závery, na podstatnú stratu vody z hydroxyapatitu a na proces karbonizácie polyméru v prítomnosti anorganickej zložky. To konštatuje aj dizertantka,, no výsledky nie sú zahrnuté v záveroch, čo pravdepodobne súvisí aj s uvedomením si opodstatnenosti týchto meraní všeobecne pre biomateriál. Inak diskusia o štiepení reťazca PVA, keďže k tomuto nie sú žiadne výsledky, by skôr patrila do teoretickej časti. Zaujímavá je časť práce, kde sa jednotlivé kompozitné vrstvy namáčajú v SBL. Sleduje sa tu vznik vrstvičky hydroxyapatitu na povrchu vzoriek. Hmotnostný prírastok a celý proces vzniku tejto vrstvičky bude ovplyvnený čiastočnou rozpustnosťou PVA (výrobca pri 40°C udáva rozpustnosť až nad 10% pre použitý typ Mowiolu), ale nie hydrolýzou. Rozpustnosť spôsobuje väčšie odhalenie častíc HA a tým uľahčenie tvorby vrstvičky. Aj v tomto prípade by bol lepší viskóznejší typ úplne hydrolyzovaného PVA, ktorý má podstatne nižšiu rozpustnosť, alebo často sa tiež pre zníženie rozpustnosti robí modifikácia PVA sieťovaním. V práci je v súvislosti s uvedenými experimentmi množstvo výsledkov, ktoré sú poväčšine dobre interpretované. Vedľa už uvedených komentárov a otázok, nemám k práci ďalšie zásadné pripomienky. Záverom môžem konštatovať, že experimentálna práca a interpretácia výsledkov prezentovaná v dizertačnej práci má dobrú úroveň. Práca otvára možnosti ďalšieho štúdia kompozitných biomateriálov pre aplikácie v náhradách tvrdých tkanív. Ing. Zuzana Balgová vypracovala dizertačnú prácu, ktorou preukázala svoje schopnosti samostatnej vedeckej práce. Na základe uvedených skutočností odporúčam, aby na základe tejto práce a po úspešnej obhajobe bol Ing. Zuzane Balgovej podľa príslušnej vyhlášky zákona udelený akademický titul „philosophiae doctor“
eVSKP id 68228