Studentská vědecká konference

Biodegradovatelné polymery nacházejí uplatnění v medicíně ať už v cílené dopravě léků, tkáňovém inženýrství nebo v implantátech. Na základě literárních údajů je možné polyamid 4 zařadit mezi biodegradovatelné polymery, názory na jeho rozložitelnost se v literatuře ovšem různí. Proto je záměrem práce přispět k posouzení jeho degradace. Polyamid 4 je termicky nestabilní polymer a nadějnou cestou jeho zpracování je příprava nanovlákenných vrstev elektrostatickým zvlákňováním z roztoku. Vrstvy byly podrobeny dlouhodobé hydrolýze v simulovaném tělním prostředí, tj. ve fosfátovém pufru o pH 7,3 a teplotě 37 °C. Rychlost degradace v průběhu pokusu byla posuzována na základě změn hmotnostních úbytků vzorku a molární hmotnosti stanovené viskozimetrickou metodou. Doplňující informace byly získány z diferenciální snímací kalorimetrie (DSC), tj. ze změn v teplotách a entalpiích tání. Morfologie vrstev byla zkoumána pomocí skenovací elektronové mikroskopie.

Blokové kopolyestery patří mezi velmi aktuální a hojně studované materiály 21. století. Za enormním zájmem o tuto problematiku stojí především vysoká variabilita užitných vlastností, které můžeme snadno modifikovat použitím velkého spektra nejen syntetických, ale zejména přírodních monomerů. Blokové kopolyestery jsou tvořené dvěma či více bloky různých polyesterů, a jsou připravené dvou či více stupňovou one-pot polykondenzací. V této práci se věnuji přípravě blokových polyesterů kombinací epoxidů s anhydridy, konkrétně kombinací ftalananhydridu s propylenoxidem a cyklohexanoxidem. Polymerizací těchto monomerů, iniciovanou vhodnou organickou bází, např. bis(trifenylfosfin)iminium chloridem (PPNCl), lze polymerací za otevření kruhu připravit blokové polyestery, obsahující labilní vazby, které jsou klíčem k možné biodegradovatelnosti těchto materiálů. Takové materiály pak mohou najít uplatnění v biomedicínských aplikacích, genovém inženýrství či ve farmaceutickém průmyslu, jako nosiče aktivních látek léčiva a pro jejich řízené uvolňování.  

Tato práce se zabývá možnostmi zavedení koncových funkčních skupin do struktury polyolefinů připravených živou CW polymerací olefinů katalyzovanou diiminovými komplexy niklu a palladia. Strategie funkcionalizace spočívá na přidání pent-4-en-1-olu k živým polymerním řetězcům, kdy je z literatury známo, že inserce následovaná CW isomerizací koncové -OH skupiny vede u Pd katalyzovaných reakcí ke vzniku polymerů končících aldehydovou skupinou. Cílem této práce je zjistit, zda je možné takto zavádět koncové skupiny i do polymerů připravovaných niklovými katalyzátory. Pentenol je v tomto případě nutno chránit trimethylaluminiem (TMA), jelikož Ni centra jsou k polárním monomerům méně tolerantní než analogická Pd centra. Studovanými parametry byla reakční teplota a molární hmotnost živých polymerů předurčená poměrem monomer/Ni (Pd) a použití nebo nepoužití TMA jako chránícího (nebo nežádoucího redukčního) činidla. Molární hmotnost získaných polymerů byla analyzována pomocí rozměrově-vylučovací chromatografie (SEC/GPC) a účinnost funkcionalizace pomocí 1H-NMR spektroskopie.  

Dicyklopentadien (DCPD) se řadí mezi základní chemické suroviny ropného původu. Získává se frakční destilací C5 frakce a jeho současná vysoká poptávka zapříčinila spuštění nové výrobní linky na DCPD ORLEN Unipetrol v Litvínově. Z řady makromolekulárních aplikací lze zdůraznit pryskyřičné kompozice, EPDM kaučuky a kopolymery s 𝛼-olefiny. Homopolymer (PDCPD) pro své specifické mechanické vlastnosti nachází uplatnění ve formách prvků karoserie velkých strojů jako traktory, kamiony, autobusy, atd. Aplikována je polymerace metatezí za otevření kruhu (ROMP) a produktem je tuhý, vysoce pevný a nárazu odolný termoset s vysokou T_g (120 – 180 °C). Homopolymer s přídavkem změkčovadla se používá jako pryžové výrobky namáhané tlakově (podešvy bot). V této práci bylo porovnáno polymerační chování DCPD ze dvou zdrojů – ORLEN Unipetrol Litvínov před zahájením výroby a komerčně distribuovaného vzorku. Cílem bylo připravit lineární PDCPD za užití ROMP katalytických systémů WCl₆/Et₂AlCl a WCl₆/Si(allyl)₄ a Ni 𝛼-diiminového katalyzátoru zajišťující koordinační polymeraci běžných 𝛼-olefinů. Připravený PDCPD byl analyzován diferenciální skenovací kalorimetrií (DSC), termogravimetrickou analýzou (TGA) a v případě rozpustných vzorků rozměrově vylučovací chromatografií (SEC).

Termoresponzivní polymery, díky jejich schopnosti reagovat na změnu teploty, jsou považovány za polymery s velkým potenciálem v biomedicínské oblasti. Zde si již našly mnoho uplatnění, kde jednou z možností je příprava částic pro cílený transport léčiv, kterým lze omezit rizika spojená s chemoterapií a prodloužit cirkulaci léčiva v těle. Takové částice mohou být typu jádro-plášť, kde se léčivo uschované v hydrofobním jádře po zkolabování hydrofilního pláště tvořeného termoresponzivními rouby uvolní ve specifické části lidského těla. V této práci jsou připravovány kopolymery tvořené dPE jádrem připraveného chain-walking kopolymerací a pláštěm z termoresponzivních polymerů OEGMA nebo NIPAM připravených pomocí ATRP.

Polyesteramidy (PEA) jsou biokompatibilní a biologicky rozložitelné polymery, jejichž degradaci umožňují především esterové skupiny v řetězci. Začleněním hydrofilních segmentů do jejich struktury se zvyšuje jejich hydrofilita, rychlost degradace a také interakce s buňkami. Tento materiál může nalézt využití v biomedicínských aplikacích, například ve formě implantátu k fixaci kostí nebo jako nosič léčiv.  V práci byly připraveny blokové kopolymery PEA/poly(oxyethylen) (PEA-blok-POE) kopolymerací ε-kaprolaktamu a ε-kaprolaktonu v přítomnosti poly(oxyethylenu) (POE) s různým poměrem jak laktonových a laktamových jednotek, tak i obsahu POE. U takto připravených materiálů byl stanoven obsah kopolymeru, molární hmotnost viskozimetrickou metodou, bobtnací indexy ve vodě a byly proměřeny termické a mechanické vlastnosti. Biokompatibilita a adherence vylisovaných PEA-blok-POE fólií byla hodnocena pomocí kultivace lidských multipotentních mezenchymálních stromálních buněk (MSCs) pocházejících z tukové tkáně. Metabolická aktivita buněk byla hodnocena pomocí barvení alamarBlue (resazurin), zatímco vizualizace buněk na povrchu materiálu barvivem PKH26 nebo Live/Dead barvením.

Pro zvýšení účinnosti léčiv, potlačení vedlejších účinků nebo zlepšení diagnostiky si moderní medicína oblíbila využití nanočástic na bázi amfifilních molekul schopných transportovat nepolární obsah. Nanočástice na bázi syntetických polymerů, oproti v medicíně zaběhlých liposomům, mají nezměrnou výhodu v možnostech řízení jejich architektury. Jednou z metod, které otevírají tuto cestu je řízená radikálová polymerizace RAFT. Cílem mé práce je ověřit za použití chain-walking (CW) a RAFT polymerizace přípravu amfifilních molekul s nepolárním dendritickým polyethylenovým (dPE) jádrem roubovaným polárním oligo(ethylenglykol) methyl ether metakrylátem (OEGMA). Nejprve je nutné zdokonalit RAFT polymerizaci OEGMA se standardním RAFT činidlem tak, aby bylo dosaženo úzké distribuce molárních hmotností a byla zaručena uniformita pláště. Dále vícekroková příprava makro-RAFT činidla na bázi dPE CW kopolymerizací ethylenu a alken-olu na Pd katalyzátoru. Hydroxy skupina alken-olu bude před polymerizací ochráněna trimethylsilylovou skupinou. RAFT činidlo ve formě kyseliny se na alken-ol váže esterifikací. V posledním kroku RAFT polymerizace OEGMA pomocí připraveného makro-RAFT činidla.