Strukturní a transportní vlastnosti hybridních hydrogelů s ohledem na aplikační využití
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
B
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Předložená diplomová práce se zabývá přípravou a následnou charakterizací strukturních a transportních vlastností hybridních hydrogelů na bázi polyvinylalkoholu a alginátu sodného s ohledem na jejich aplikační potenciál. Cílem práce je provést studii současného stavu řešené problematiky na téma charakterizace strukturních a transportních (uvolňovacích) vlastností hybridních hydrogelů s ohledem na jejich využití v různých odvětvích lidské činnosti, a také na základě literární rešerše navrhnout a optimalizovat vhodný postup přípravy a provést sérii experimentů pro jejich charakterizaci. S ohledem na vypracovanou literární rešerši, byly pro přípravu hydrogelů zvoleny vhodné polymery schopné gelace, jako je polyvinylalkohol (PVA) a přírodní polysacharid – alginát sodný. Příprava této hybridní sítě zahrnovala fyzikální síťování PVA metodou zmrazování a rozmrazování, a iontového síťování alginátu sodného vápenatými ionty. Kombinací těchto polymerů byly v experimentální části za pomocí fyzikálně-chemických metod stanovovány vlastnosti viskoelastické, bobtnací a transportní. Pro studium mechanických vlastností byla provedena reologická měření – konkrétně oscilační a amplitudové testy. Strukturní vlastnosti hydrogelů (resp. xerogelů) byly stanovovány pomocí rastrovací elektronové mikroskopie. Transportní (uvolňovací) vlastnosti gelových systémů byly stanoveny pomocí difúzních experimentů s metodou detekce UV-VIS spektrometrie, u nichž bylo použito organické barvivo (methylenová modř) jako modelová sonda. Dalším cílem této diplomové práce je modifikace vnitřní struktury hybridních hydrogelů vhodnými činidly, tj. lecitinem. Přítomnost lecitinu v hybridní hydrogelové trojrozměrné sítě slouží jako model fosfolipidové dvojvrstvy tvořící buněčnou membránu čili vyskytující ve tkáních, a tedy má značný vliv na reologické a transportní vlastnosti. Stejnými metodami byly u hybridních hydrogelů s přídavkem lecitinu též stanoveny vlastnosti mechanické, bobtnací a transportní. Závěrem této práce je souhrn naměřených dat pro poskytnutí komplexního přehledu této problematiky. Výsledky naznačují, že přítomnost alginátu sodného ve struktuře PVA zhoršuje jeho mechanické vlastnosti, i když přítomnost lecitinu zvyšuje pevnost hybridních hydrogelů. Porovnáním všech výsledků měření je možné stanovit, že alginát sodný, resp. lecitin, působí na vlastnosti a strukturu hydrogelů, z čehož vyplývá možnost korigovat vlastnosti hybridních gelových systémů podle potřebných aplikací.
The presented diploma thesis deals with the preparation and subsequent characterization of structural and transport properties of hybrid hydrogels based on polyvinyl alcohol and sodium alginate concerning their application potential. The thesis aims to study the current state of the solved issue on the topic of characterization of structural and transport (release) properties of hybrid hydrogels about their use in various branches of human activity and also based on literature research to propose and optimize a suitable preparation procedure and to carry out a series of experiments for their characterization. With regard to the literature research, suitable polymers capable of gelation, such as polyvinyl alcohol (PVA) and natural polysaccharide – sodium alginate, were selected for the preparation of hydrogels. The preparation of this hybrid network involved the physical cross-linking of PVA by freezing and thawing and ionic cross-linking of sodium alginate with calcium ions. By combining these polymers, viscoelastic, swelling and transport properties were determined by using physicochemical methods. Rheological measurements were performed to study the mechanical properties - specifically oscillation and amplitude tests. The structural properties of hydrogels (or xerogels) were determined, by scanning electron microscopy. The transport (release) properties of gel systems were determined by diffusion experiments with the UV-VIS spectrometry detection method, in which an organic dye (methylene blue) was used as a model probe. Another aim of this diploma thesis is to modify the internal structure of hybrid hydrogels with suitable reagents, ie., lecithin. The presence of lecithin in the hybrid hydrogel three-dimensional network serves as a model of the phospholipid bilayer, forming the cell membrane or occurring in tissues, and thus has a significant effect on rheological and transport properties. Physicochemical methods also determined the mechanical, swelling and transport properties of hybrid hydrogels with the addition of lecithin. The conclusion of this work is a summary of measured data to provide a comprehensive overview of this issue. The results suggest that the presence of sodium alginate in the PVA structure reduces the mechanical properties, although the presence of lecithin increases the strength of the hybrid hydrogels. However, by comparing all measurement results, it is possible to determine that sodium alginate, resp. lecithin affects the properties and structure of the hydrogel, which makes it possible to correct the properties of hybrid gel systems according to the required applications.
The presented diploma thesis deals with the preparation and subsequent characterization of structural and transport properties of hybrid hydrogels based on polyvinyl alcohol and sodium alginate concerning their application potential. The thesis aims to study the current state of the solved issue on the topic of characterization of structural and transport (release) properties of hybrid hydrogels about their use in various branches of human activity and also based on literature research to propose and optimize a suitable preparation procedure and to carry out a series of experiments for their characterization. With regard to the literature research, suitable polymers capable of gelation, such as polyvinyl alcohol (PVA) and natural polysaccharide – sodium alginate, were selected for the preparation of hydrogels. The preparation of this hybrid network involved the physical cross-linking of PVA by freezing and thawing and ionic cross-linking of sodium alginate with calcium ions. By combining these polymers, viscoelastic, swelling and transport properties were determined by using physicochemical methods. Rheological measurements were performed to study the mechanical properties - specifically oscillation and amplitude tests. The structural properties of hydrogels (or xerogels) were determined, by scanning electron microscopy. The transport (release) properties of gel systems were determined by diffusion experiments with the UV-VIS spectrometry detection method, in which an organic dye (methylene blue) was used as a model probe. Another aim of this diploma thesis is to modify the internal structure of hybrid hydrogels with suitable reagents, ie., lecithin. The presence of lecithin in the hybrid hydrogel three-dimensional network serves as a model of the phospholipid bilayer, forming the cell membrane or occurring in tissues, and thus has a significant effect on rheological and transport properties. Physicochemical methods also determined the mechanical, swelling and transport properties of hybrid hydrogels with the addition of lecithin. The conclusion of this work is a summary of measured data to provide a comprehensive overview of this issue. The results suggest that the presence of sodium alginate in the PVA structure reduces the mechanical properties, although the presence of lecithin increases the strength of the hybrid hydrogels. However, by comparing all measurement results, it is possible to determine that sodium alginate, resp. lecithin affects the properties and structure of the hydrogel, which makes it possible to correct the properties of hybrid gel systems according to the required applications.
Description
Citation
ZHURAULIOVA, D. Strukturní a transportní vlastnosti hybridních hydrogelů s ohledem na aplikační využití [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Chemie pro medicínské aplikace
Comittee
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)
doc. PharmDr. Ing. Radka Opatřilová, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Martin Vala, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2022-05-23
Defence
Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace student-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla velmi dobrý výtah výsledků své diplomové práce, zodpověděla dotazy oponentské i členů komise, reagovala na připomínky k diplomové práci. V diskusi tak studentka prokázala velmi dobrou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise, s uvážením hodnocení v posudku a vyjádření vedoucí/ho, zhodnotila její diplomovou práci celkově jako velmi dobrou.
Dzik: Jaký byl stupeň hydrolýzy použitého polyvinylalkoholu?
Vala: Jaká byla metodika stanovení koncentrace difúzní sondy pomocí UV-VIS?
Márová: Proč byl použit lecithin? Jaká byla motivace pro jeho volbu? Jaký vliv na vznikající gel jste očekávali?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení