Studentská vědecká konference

Ejektor kapalina-plyn (EKP) je proudové čerpadlo, které využívá kapalinu o vysokém tlaku k dopravě a kompresi plynného média. V průmyslu se EKP používají jako distributory plynu do probublávaných kolon, vývěvy či zařízení pro intenzivní výměnu hmoty. Hlavní předností EKP je jejich minimalistická konstrukce bez pohyblivých částí, z níž vyplývají další benefity – nízké pořizovací náklady, bezpečný a spolehlivý provoz, snadná údržba a dlouhá životnost. Nevýhodou je naopak absence spolehlivých návrhových metod v dostupné literatuře a nízká energetická účinnost. Jednou z možností zvýšení účinnosti EKP je použití tzv. swirlu. Ten uděluje tangenciální složku rychlosti kapalnému paprsku, který se následně vlivem odstředivé síly destabilizuje, a zvyšuje množství přisávaného plynu. V rámci této práce byl odvozen hydraulický model EKP s destabilizovaným paprskem, který popisuje množství přisávaného plynu v závislosti na fyzikálních vlastnostech obou tekutin a provozních parametrech aparátu. Model byl validován na základě experimentálních dat, naměřených na modulárních aparátech čerpajících všemi třemi limitními směry. Kromě samotného validovaného hydraulického modelu jsou součástí výsledků také doporučené rozsahy geometrických parametrů EKP a swirlu.  

Topografické povrchy o různých tvarech, vzorech a velikostech struktur mohou být pozorovány v přírodě na listech rostlin, kůži některých živočichů, nebo i na površích v běžném životě. Struktury na povrchu společně s jeho chemickým složením a mechanickými vlastnostmi mohou zajistit hydrofobicitu, samočistící vlastnosti, omezení odporu při obtékání, antibakteriální vlastnosti nebo ovlivnit adhezi k povrchu. Kvůli takovým interakcím strukturovaných povrchů s prostředím jsou v posledních desetiletích vyvíjeny metody, kterými topografie přírodních povrchů může být napodobena. Tato práce se zaměřuje na přípravu struktury sinusoidního vrásnění na svrchní vrstvě polydimethylsiloxanu s využitím kyslíkové plasmy. Pomocí plasmy je možné upravovat mechanické vlastnosti polymerů a tím vytvářet vrstvy o různé elasticitě. Toho lze využít k spontánnímu vzniku periodického vrásnění o charakteristických rozměrech v řádech desítek nm. Metoda je založena na vzniku mechanické nestability při nerovnosti kontrakčních sil v jednotlivých vrstvách materiálu díky uvolňování napětí vloženého na materiál. Výhodou je možnost přímého ovlivňování připravované struktury vkládaným napětím, dobou expozice a výkonem při oxidaci plasmou.

Téměř 50 % léčiv dostupných na trhu, představují chirální látky. Farmakologicky aktivní enantiomer se metabolizuje jinak než druhý enantiomer, který je buď biologicky neaktivní nebo se dokonce projevuje nežádoucími účinky. Jedním z přístupů vedoucích k přípravě čistých enantiomerů je elektroforéza v přítomnosti rozpustného chirálního selektoru, například β-cyklodextrinu. Cílem této práce je vytvoření matematicko-fyzikálního modelu ortogonálního systému, ve kterém probíhá kontinuální separace chirálních látek pomocí elektroforézy. Systém je tvořen hlavním separačním kanálkem a dvěma postranními rezervoáry, ve kterých jsou umístěny elektrody, které vkládají stejnosměrné elektrické napětí kolmo na protékající elektrolyt. Vzorek migruje vlivem vloženého elektrického pole v prostředí tekoucího nosného elektrolytu. V separačním kanálku dochází k vychýlení elektricky nabitých molekul ze směru konvektivního toku v důsledku elektromigračního transportu. Enantiomer preferenčně interagující s chirálním selektorem tvoří komplex. Vznik komplexu je doprovázen změnou elektroforetické mobility, což má obvykle za následek zpomalení transportu složky v elektrickém poli. Enantiomer, který není zpomalován, odchází hlavním separačním kanálkem, zatímco druhý enantiomer přechází do bočního rezervoáru.  

Paliperidon palmitát je dlhodobo pôsobiace depotné injekčné antipsychotikum (podávané intramuskulárne), ktoré sa využíva ako akútna a udržiavacia liečba schizofrénie u dospelých. Oproti perorálnej liekovej forme je výhodnejšie, pretože zlepšuje adherenciu pacienta k liečbe, zaisťuje stabilné plazmatické hladiny liečiva a znižuje sa aj frekvencia podávania. Taktiež sa ukázalo, že depotné injekcie vedú k nižšej miere relapsu ochorenia a rehospitalizácie. To, ako sa bude paliperidon v tele uvoľňovať, závisí od veľkosti častíc suspenzie. Väčšina týchto suspenzií pre depotné injekcie sa vyrába mletím. Z tohto dôvodu sme sa zaoberali práve touto jednotkovou operáciou, kde sa porovnávala redukcia veľkosti častíc pri troch rôznych usporiadaniach mlecieho okruhu – closed loop, open loop a continuous open loop. Odber vzoriek prebiehal v stanovených intrevaloch a následne sa meralo rozdelenie veľkosti častíc (PSD) jednotlivých vzoriek. V rámci budúcej práce na projekte bude vytvorený model mletia, ktorý bude predpovedať PSD produktu pri známom PSD suroviny, resp. naopak.  

V dnešní době je dezinfekce v jakékoliv formě jednou z nejdůležitějších součástí našeho života. Především pro jednotlivce je důležité dezinfikovat si ruce, což každý z nás provádí několikrát denně. Aktuálně používané dezinfekční prostředky, u kterých je oficiálně prokázáno, že fungují proti onemocnění Covid jsou v převážné většině založené na alkoholové bázi. Aktuálně používané dezinfekční prostředky poskytují pouze jednorázovou ochranu. Dlouhodobého účinku těchto dezinfekcí lze docílit pouze opakovaným použitím, které způsobuje vysoušení kůže. Jako další aspekt je třeba vzít potaz, že některé náboženské kultury nedovolují kontakt s alkoholem, kam tedy spadá i použití dezinfekčních prostředků. Cílem mé práce je tedy vyvinout dezinfekční prostředek, který by poskytoval dlouhodobý účinek v rámci několik hodin. Tento přípravek by nebyl založený na alkoholové bázi. Aby tohoto mohlo být docíleno, je nutné aktivní látku zapouzdřit do vhodného nosiče o takové velikosti, aby se částice mohly zachytit v papilárních liniích pokrývajících kůži. K tvorbě částic bude použita technologie rozprašovacího sušení, kdy je aktivní látka zapouzdřena za použití chitosanu. Při použití crosslinking metody bude možné docílit žádaného prodlouženého účinku, jelikož se aktivní látka bude uvolňovat postupně.  

Electrostatic charging causes severe problems during production and handling of particulate matter, such as polymers or drugs causing, for instance, fouling of reactor walls during production of polyethylene in fluidized beds, insufficient pharmaceutical powders blending homogeneity, or even dust explosions. Despite the significance of these problems, the mechanism of electrostatic charging is not fully understood yet. One of the questions remaining open in this research area is the effect of particle surface roughness on the charging dynamics, which has so far been described only using empirical correlations or complex Finite Volume Method (FVM) models. In this work, we developed a first-principles Discrete Element Model (DEM) which allows us to predict intensity of particle charging after particle-wall contact under various conditions, assuming real surface topology of the particles taken from Atomic Force Microscopy (AFM) images. The model thus enables us to evaluate the contact area depending on the particles’ velocity and surface roughness. The amount of charge transferred during the contact is predicted in good agreement with experimental data.  

V chemicko-inženýrské praxi existuje řada procesů s pevnou fází dispergovanou v tekutině. Uveďme například nanášení suspenze či podobné děje, kdy jsou částice v systému dostatečně velké na to, aby ovlivňovaly charakter proudění a rozmístěny dostatečně hustě na to, aby přicházely do kontaktu s hranicemi domény i se sebou navzájem. Takové děje lze simulovat spřažením metod výpočetní dynamiky tekutin (CFD) s metodou diskrétních elementů (DEM). Současné CFD-DEM řešiče, aproximují částice ideálním dobře parametrizovaným tvarem, např. koulí či elipsou. Vyhodnocení vzájemného silového působení takových ideálních těles je závislé na několika málo tvarových parametrech. Skutečné částice ale často zjednodušit na ideální tělesa nelze a je nutné uvažovat nepravidelnost jejich tvaru. Pro nepravidelná tělesa je přesnost DEM výpočtu kontaktních sil určena kvalitou reprezentace jejich povrchu výpočetní sítí, tj. jemností výpočetní sítě. DEM má tak řádově vyšší nároky na jemnost sítě než CFD. V této práci prezentujeme implementaci tzv. virtuální sítě pro DEM výpočet, kdy jsou hraniční buňky v kontaktu dále lokálně děleny, ovšem bez modifikace CFD sítě. Tím dosahujeme přesnějšího výpočtu kontaktních sil s řádově nižší výpočetní náročností, než by představovalo adaptivní zahušťování CFD sítě.

Přestože neustálé probíhá vývoj nových molekul pro léčbu nejrůznějších onemocnění, tento proces většinou trvá déle než dekádu a je velice finančně náročný. Z tohoto důvodu se častěji přistupuje ke zlepšování vlastností již používaných léčivých látek. V současnosti je nejvíce problémovou vlastností nízká rozpustnost a s ní související biologická dostupnost. Jednou z možností, jak tyto vlastnosti zlepšit, je využitím krystalických forem léčiv. Mezi tyto formy patří kokrystaly skládající se z léčiva a příslušného koformeru. Tato práce se věnuje trimekainu, léčivu používanému jako lokální anestetikum a antiarytmikum. Na pozici koformeru bylo vyzkoušeno jedenáct farmaceuticky použitelných karboxylových kyselin. Vzorky byly nejčastěji připravovány pomalým odpařováním roztoku za pomoci dvou různých rozpouštědel nebo filtrací. Vzorky, u kterých došlo ke krystalizaci, byly charakterizovány na rentgenové práškové difrakci. Pomocí této metody bylo možné najít kombinace, které vytvářejí kokrystaly. Úspěšné kombinace byly zkoumány pomocí vícero metod, které poskytly užitečný náhled do chování a struktury nalezených kokrystalů. Posledním krokem je příprava monokrystalů k analýze na monokrystalické rentgenová difrakci, díky čemuž je možné vyřešit modely krystalických struktur.

Numerous drugs exhibit a poor aqueous solubility that limits their bioavailability, thus presenting a serious concern for oral administration. A promising way to improve bioavailability is the amorphisation of drugs. The amorphous phase is, however, a thermodynamically unstable state with a tendency to recrystallize. Co-amorphous systems (CAMs) represent a viable strategy for stabilizing a drug in its amorphous form using a co-former that prevents drug recrystallization. CAMs are combinations of low molecular weight components that are mixed into a homogeneous single-phase amorphous mixture.  To gain information on the mechanisms of CAM stabilization and optimize their design, phase diagrams for several combinations drug–excipient were investigated using calorimetry. Another important aspect governing the applicability of CAMs is their long-term physical stability, which is usually determined by experimental monitoring over a period of typically two years. In this work, the physical stability of CAMs was extensively investigated using a combination of calorimetric measurements and theoretical modelling of the average relaxation time using which long-term physical stability can be efficiently estimated. The impact of excipient on the amorphous phase stability was also evaluated.