Studentská vědecká konference

Pervaporace je membránový separační proces, který využívá přechodu separovaných látek ze strany kapalné směsi přes membránu, na jejíž druhé straně jsou odpařovány. Technologický význam nalézá mimo jiné při dělení azeotropických směsí, které lze pervaporací oddělit dodáním relativně malého množství energie. Azeotropické systémy vznikají například při procesu ABE (aceton-butanol-ethanol) fermentace, která slouží k výrobě ethanolu a butanolu z biomasy, což je perspektivní způsob výroby biopaliva. Laboratoř sdílení hmoty na VŠCHT se zabývá kontinualizací procesu fermentace, kdy by právě pervaporace našla uplatnění pro separaci produktů. Hlavním cílem je získat kriteriální rovnice pro výpočet intenzity transportu hmoty membránou. Membránový modul pro pervaporaci je sestaven z prvků původně vyvinutých pro elektrodialýzu. Měření na modelu je tedy zatím v optimalizační fázi. Výsledky dosavadní práce ukazují, že koeficienty přestupu hmoty na straně kapalného filmu jsou příliš vysoké, což bylo pravděpodobně způsobeno přetoky kapaliny do proudu inertu následkem netěsností mezi přívodními a odvodními kanálky. Cílem této práce je porovnat koeficienty přestupu hmoty a další parametry separace po utěsnění kanálků silikonovou hmotou s předchozími výsledky.  

Tekuté kuličky (z anglického „liquid marbles“) jsou jednoduché útvary tvořené kapkou kapaliny obalenou pevnými částicemi. Lze je připravit jednoduše, kápnutím vody na hydrofobní částice na Petriho misce a mírným zatřesením k úplnému obalení kapky. Poprvé byly popsány v článku v časopise Nature v roce 2001 a od té doby jsou zkoumány jejich možné aplikace, mezi něž patří ku příkladu mikroreaktory v mikrofluidice, mikrobioreaktory ke kultivaci trojrozměrných buněčných útvarů nebo nosiče léků ve farmacii. Dosud se výzkum zaobírá spíše jejich využitím a samotné tekuté kuličky se berou jako útvary pokryté monovrstvou v pravidelném uspořádání. Cílem předložené práce je studovat povrch a morfologii tekutých kuliček, a také některé jejich vlastnosti. Abychom mohli studovat povrch kuliček přímo, nechali jsme uvnitř vykrystalizovat roztok sacharózy. Takto připravené pevné kuličky mají na povrchu částice z obalu původních tekutých kuliček a jsou vhodné pro pozorování skenovacím elektronovým mikroskopem. Tímto způsobem jsme byli schopni přímo pozorovat povrch tekutých kuliček připravených s různými velikostmi částic. Dále jsme pozorovali několik jevů tekutých kuliček plovoucích na hladině kapaliny. Tato pozorování je možno využít pro další výzkum například v oblasti sorpce plynů do kuliček.  

Pre schopnosť riešenia či identifikovania premyslených problémov je potrebná znalosť o rozložení rýchlosti tekutiny v sledovanom objeme. Tento projekt je zameraný na výrobu prototypu mriežkového senzoru pre meranie rýchlostného poľa tekutín. Senzor je vytvorený z mriežky tenkých niklových drôtov, na ktoré je vložená známa hodnota napätia. Drôty sú ochladzované obtekaním tekutiny, čím vznikne nerovnomerné rozloženie teplôt, a teda aj ich odporov. Cieľom práce je overenie funkčnosti vyrobeného prototypu – kalibrácia nameraných odporov pre rôzne rýchlosti prúdenia vody pri vloženom konštantnom napätí. Ďalej je sledovaný vplyv obmedzenia prietoku len v niektorých častiach prietokového prierezu na merané odpory drôtov. Na základe nameraných dát je možné určiť rýchlostné pole tekutiny. Zmerané výsledky sú porovnávané s teoretickými hodnotami vypočítanými pomocou vytvoreného matematického modelu popísaného senzoru.

Separační kolony se vyznačují vysokou energetickou spotřebou, která ve vyspělých ekonomikách (USA či EU) činí zhruba 3 % z celkové spotřeby energie. Jednou z možností snížení energetické náročnosti separačních kolon je zintenzivnění přestupu hmoty, kterého lze dosáhnout například zvýšením velikosti plochy mezifázového rozhraní. V prezentované práci se snažíme ověřit, zda aplikace textury na strukturovanou výplň vede ke zvýšení smočené plochy výplně a tedy ke zvětšení plochy mezifázového rozhraní dostupného pro přestup hmoty. Byl vyvinut výpočetní model dvoufázového proudění ve zjednodušené geometrii odpovídající nakloněné desce. Vyvinutý model byl pro případ hladké desky validován na experimentálních i numerických datech dostupných v literatuře. Následně byl model rozšířen o přidání textury a byl studován vliv textury na smáčivost povrchu desky. Výsledky provedené studie potvrzují běžnou průmyslovou praxi i závěry jiných studií - smáčivost povrchu desky je na textuře značně závislá. Zdá se však, že aplikace textury není výhodná pro všechny uvažované intenzity smáčení. V další práci se zaměříme na optimalizaci textury za účelem dosažení co nejlepšího smočení výplně za běžných provozních podmínek.  

In the modern era there are certain surfaces that need to be periodically cleaned such as solar panels, space equipment or glass surfaces in general. This research is focused on improving the concept of an electrodynamic dust shield (EDS), a device based on the electrostatic removal of charged particles. When a dust particle gets in contact with mentioned surfaces, there is a chance that the particle sticks to the surface because of the electrostatic forces. This phenomenon is called triboelectrification – when the substances in contact gain electrical charge due to friction. The efficiency of this removal method can be increased by the control of charge on dust particles. In this work electrospray is used to create polymer nanolayers. These layers are further examined under the SEM microscope and their effect on the charging of dust particles is observed. The aim is to find the layers which enable us to control the surface charge of sand dust. In an ideal case all dust particles which end up in contact with examined surface should have a charge with the same polarity; therefore an electrical pulse from electrodes on the sides should remove dust sideways out of the surface. This technique can be applied in the photovoltaic industry and space exploration.  

I přes velké společenské, politické a legislativní tlaky na  zavádění elektromobilů zaujímají automobily se spalovacími motory stále drtivou většinu osobní dopravy. Při chodu spalovacího motoru vznikají stopy plynných škodlivin (CO, C_xH_y, NO_x,…) i pevných částic (popílek, saze). Konkrétně saze, zejména jejich nejmenší částice, mohou být pro člověka velmi nebezpečné. Jedním z  rizik je například usazování částic v plicních sklípcích či jejich pronikání do krevního řečiště, což může způsobit i rakovinu. Cílem této práce je sestavení nové laboratorní aparatury a následné testování filtrační účinnosti automobilových filtrů pevných částic. Aparatura je složena z generátoru částic, který vytváří jejich přesně definované množství a rozměr díky hoření směsi o známém poměru propanu a vzduchu. Směs částic dále vstupuje do jednoho ze dvou paralelně zapojených trubkových reaktorů, ve kterých jsou uloženy vzorky filtrů. Po průchodu reaktorem směs odchází do čítače pevných částic, díky kterému je možno vyhodnotit filtrační účinnost.  Sestavená aparatura umožňuje testování průmyslových vzorků i prototypů katalytických filtrů nově připravených v naší výzkumné laboratoři.  

Během přípravy nových léků se výrobce musí vypořádat s problémy účinných látek ohledně jejich stability, rozpustnosti či schopností bioabsorbce. Při léčbě kolorektálního karcinomu je tím problémem působení cytostatik systémově po celém těle, což může mít za následek vypadávání vlasů či selhání ledvin. Ideálně by tedy použité léčivo mělo působit pouze lokálně, v místě postižení, tak aby nedocházelo k postižení okolních orgánů léčbou. Řešením tohoto problému může být enkapsulace účinné látky do vhodného nosiče, za vzniku takzvané nanofomulace. Takovým nosičem můžou být liposomy, což jsou kulovité vezikuly tvořené fosfolipidovou dvojvrstvou, do které je možné účinnou látku zapouzdřit. Jinou nanoformulací jsou částečky krystalické látky, zmenšené řádově na desítky či stovky nanometrů, zvané nanokrystaly. Tématem této práce je příprava optimálních nanoformulací pro dvojici účinných látek 5-fluorouracil a irinotecan. Hydrofilní 5-fluorouracil se podařilo zapouzdřit do liposomů a změřit zapouzdřené množství. Z lipofilního irinotecanu byly mletím připraveny nanokrystaly, pro jejichž stabilizaci byly využity jak polární, tak i nepolární stabilizátory a bylo identifikováno jejich vhodné složení.

Detailní popis chování bublin je velmi důležitý při různých chemicko-inženýrských procesech, např. v probublávaných reaktorech, kolonách nebo fermentorech. Znalost tvaru a rychlosti bublin, typu cirkulace na povrchu bubliny, stejně jako znalost fyzikálních vlastností kapalné vsádky (viskozita, hustota, povrchové napětí) je nutnou podmínkou pro správný popis a modelování hydrodynamiky celého systému. Ve velkých zařízeních není možné sledovat jednotlivé bubliny, proto se výzkum zaměřuje na chování izolované bubliny a shluku několika bublin. Cílem této práce bylo experimentální studium chování shluku bublin ve zředěných vodných roztocích glycerolu o rozdílné viskozitě. Byl studován vliv viskozity, přítomnosti povrchově aktivních látek a charakteru režimu proudění plynu na velikost, tvar a rychlost bublin. Experimentálně bylo zjištěno, že při koncentracích glycerolu do 25 hm.% viskozita nemá zásadní vliv na dynamiku bublin, jak se původně očekávalo. Naopak významný vliv má rychlost vstupujícího plynu. Naměřené výsledky výborně korelují s režimy proudění na reálné bublané koloně.  

Obnoviteľné zdroje zaujímajú čoraz väčší podiel v produkcii elektrickej energie. Tento spôsob produkcie však v mnohých prípadoch prináša problémy v podobe nestabilných dodávok do elektrickej siete, čo vyžaduje efektívne uskladňovanie takto vyrobenej energie. Jedným z potenciálnych riešení je využitie redoxných prietokových batérii (RFB) na báze organických zlúčením. Disulfónované antrachinónové soli (AQDS) sú vhodnými kandidátmi na redoxnú aktívnu látku pôsobiacu v negatívnom elektrolyte RFB. Cieľom tejto práce je elektrochemická charakterizácia 2,7-AQDS a 2,6-AQDS s rôznymi protiónmi spolu so štúdiom chemickej stability a rozpustnosti vo vodných elektrolytoch s neutrálnym pH. Elektrochemická charakterizácia spočívala vo voltametrických meraniach na statickej a rotujúcej diskovej elektróde zo skleného uhlíku. Z týchto meraní boli pomocou špeciálne vyvinutého matlabovského skriptu  vyhodnotené relevantné parametre (formálny redoxný potenciál, difúzny koeficient, kinetické parametre). Rozpustnosť v príslušnom síranovom elektrolyte bola vyhodnocovaná analýzou nasýtených roztokov v UV-VIS spektrometri. Najperspektívnejšie látky boli ďalej testované v laboratórnom prietokovom poločlánku, kde prebiehalo testovanie stability v súvislosti s cyklickým nabíjaním/vybíjaním.  

Konvenční onkologické terapie nejsou cílené, působí na celý organismus a jsou proto doprovázeny mnoha nežádoucími účinky. Řešením může být využití nanočásticových nosičů, které umožní doručení léčiva přímo do nádoru. Sniží se tak množství nežádoucích účinků a zvýší se efektivita léčby. Po intravenózní aplikaci jsou ale všechny nanočástice z velké míry rozpoznávány imunitním systémem a vychytávány imunitními buňkami – makrofágy – v procesu zvaném fagocytóza, který je nutné pro úspěšné doručení do nádoru minimalizovat.  V rámci této práce byly použity křemičité nanočástice pokryté hydrofilním polymerem na bázi poly(N-hydroxypropyl methakrylamidu) (pHPMA), který zabraňuje adsorpci plazmatických proteinů na povrch nanočástic, čímž snižuje pravděpodobnost imunitní reakce. Předkládaná práce studuje vliv množství pHPMA na rozsah fagocytózy nanočástic makrofágy J774A.1. Nanočástice byly dále modifikovány protilátkou IgG M75, která specificky interaguje s karbonickou anhydrázou IX (CA IX), což je transmembránový protein, který je preexprimován na povrchu mnohých hypoxických nádorů (např. kolorektální adenokarcinom, buněčná linie HT-29). Práce se v tomto směru zaměřuje na studium kinetiky navazování nanočástic na buňky nesoucí antigen CA IX a studuje vliv dávky nanočástic na tento proces.