Studentská vědecká konference

Výzkum v oblasti tkáňového inženýrství přitahuje v poslední době velkou pozornost. Pro využití jako buněčné “skafoldy” jsou vyvíjeny nové materiály, dříve používané materiály jsou dále inovovány. Jedním z těchto materiálů je bakteriální nanocelulóza (BNC), která má výborné mechanické vlastnosti, je netoxická, ale nevyvolává dostatečnou buněčnou odezvu. Řešením by mohlo být vytvoření kompozitního materiálu na bázi BNC, kde přídavkem vhodné látky vytvoříme příznivější prostředí pro buněčný růst. V rámci projektu jsem se zaměřila na kompozity BNC s hydroxyapatitem nebo kolagenem, látkami, které by mohly podpořit růst kostních, respektive kožních buněk. Vznik kompozitů jsem ověřila pomocí infračervené spektroskopie, kde byly přítomny charakteristické píky pro obě čisté látky. Organická elementární analýza ukázala v kolagenních kompozitech přítomnost dusíku, jenž je přítomen pouze v kolagenu. Modifikací BNC došlo ke zhoršení jejích mechanických vlastností a snížení parametru bobtnání. Přídavek kolagenu vedl k nárůstu kontaktního úhlu proti čisté BNC, kde kontaktní úhel dosahoval neměřitelných hodnot. Buněčné testy potvrdily zvýšený růst buněk na kompozitním kolagenním materiálu. Dosažené výsledky prokázaly, že tento typ materiálů je slibný pro vývoj buněčných “skafoldů”.

Responzivní polymerní hydrogely, které reagují na změnu teploty a ozáření, přitahují velkou pozornost zejména v oblasti měkké robotiky. V této práci byly připraveny vodivé polymerní hydrogely na bázi poly(N-isopropylakrylamidu) (PNIPAm) dopovaného karbonizovanými polypyrolovými nanotrubicemi. PNIPAm hydrogely s různým stupněm zesíťování byly připraveny pomocí radikálové polymerace. Morfologie hydrogelů byla analyzována pomocí SEM. Měření dolní kritické rozpouštěcí teploty (LCST) bylo měřeno pomocí refraktometrie. Pozornost je věnována především mechanickým vlastnostem, zejména měření mechanického napětí při cyklickém natahování a související změně vodivosti. Zkouška tahem a komprese byla provedena jak při pokojové teplotě, tak při teplotě nad LCST. Mechanické testy ukázaly, že hydrogel si zachovává své vlastnosti jen do určitého relativního prodloužení a do opakování 50ti cyklů. Byl prokázán ohyb hydrogelu a změna vodivosti materiálu při ozáření, což má velký potenciál pro aplikaci v jemné robotice.  

Tato práce se zabývá plazmonem indukovanou fotoelektrochemickou aktivací dusíku.   Pomocí naprašování a spin-coatingu byly vytvořeny plazmon-aktivní struktury, které byly použity ve vodném prostředí elektrolytu. Připravené struktury byly schopny chemicky fixovat a aktivovat dusík. Struktury byly ozářeny lampou se spektrem odpovídajícímu slunečnímu záření, což způsobilo excitaci povrchových plazmonů. Ty aktivovaly zachycený dusík a výrazně přispěly  k překonání jeho aktivační bariéry. Ve výsledku se dusík mohl účastnit chemické redukce s následným vytvořením produktu - NH₃.  

Stříbro a jeho nanoformy jsou lidstvem využívány pro své unikátní antibakteriální vlastnosti. Rozvoj nanotechnologií umožnil syntézu stříbrných nanočástic s řízeným poměrem povrchu a objemu, tedy parametru, který klíčovým způsobem ovlivňuje fyzikálně-chemické vlastnosti tohoto prvku. Nanostrukturované formy stříbra, včetně nanočástic, umožňují jeho efektivnější využití při syntéze kompozitů na bázi polymerů. Specifických vlastností lze dosáhnout pouhým obohacením povrchovým vrstev matrice, při zachování všech charakteristik polymerního nosiče v jeho objemu. Cílem práce bylo připravit stříbrné nanočástice elektrochemickým rozpouštěním elektrod a pomocí LIFT (z angl. laser induced forward transfer) technologie je imobilizovat do svrchních vrstev polymeru. Následně byla studována odolnost těchto struktur při expozici v plazmatu. Vzorky byly studovány analýzami AFM, FEG-SEM, UV-VIS a XPS. Takto připravené materiály mohou být využity v medicínském prostředí k prevenci výskytu a rozšíření bakterií a také jako ochranné obaly při skladování nebo transportu potravin.  

V dnešní době Suzukiova–Mijaurova cross coupling reakce se široce používá pro syntézu biarylových a heterocyklických sloučenin, které jsou důležitými složkami farmaceutických látek. Nedílnou součástí reakce je přítomnost katalyzátoru na bázi palladia (Pd), který patří mezi finančně nákladnější a méně dostupnější kovy. V dané práci byla navržená příprava nového bimetalického (Au/Pd) (foto)katalyzátoru na bázi slitiny zlata (Au) a Pd pro Suzukiovou – Mijaurovou reakci brombenzenu a kyseliny fenylboronové. Výsledný produkt, bifenyl, je velmi žádoucí sloučeninou, jehož deriváty se hojně používají v přípravě léků a biologicky-aktivních sloučenin. Au je finančně dostupnějším kovem oproti Pd a zároveň díky své schopnosti vykazovat efekt povrchové plazmonové rezonance může zaručit foto-aktivací katalyticky-aktivního palladia. V představené práci byla studována možnost provedení Suzukiova–Mijaurova cross coupling reakce za laboratorní teploty s použitím světla jako zdroje energie. Taky bylo docíleno použití nižšího množství Pd v připraveném Au/Pd katalyzátoru a zkrácení doby nutné pro dosažení přijatelné konverze a výtěžku reakci. Lze říct, že po zohlednění těchto aspektů, námi vytvořený katalyzátor je levnější a pracuje efektivněji než dosud používané.  

Pro účely rekonstrukce kosterní svalové tkáně byly v posledních letech vyvinuty různé strategie tkáňového inženýrství. Nicméně studované buněčné typy kultivovány in vitro stále postrádají vhodnou morfologickou organizaci a funkčnost. K vylepšení požadovaných vlastností potřebných pro dostatečnou regeneraci v těle pacienta může vést přístup třídimenzionální kultivace. Problematika dopravy kyslíku a ostatních esenciálních živin do 3D matrice byla řešena pomocí inkorporace alginátových kapilár připravovaných metodou elektrické depozice. Jako kontrolní systém byl zvolen kolagen typu I, v němž byly kultivovány dva typy prekurzorových svalových buněk – myoblasty a myosatelitní buňky. Dalším sledovaným systémem byly povrchy mikronových a submikronových membrán, přičemž byl sledován také vliv argonového plazmatického výboje na povrchové vlastnosti.

Použití různých podpůrných a pomocných materiálů či zařízení, jakými jsou implantáty a katetry, které se běžně setkávají s tkáněmi a tělesnými tekutinami, je dnes prakticky nedílnou součástí moderní medicíny.  Při jejich používání však existuje potenciální riziko bakteriální kolonizace povrchu a následné tvorby biofilmů, což může vést k závažným infekcím a onemocněním. V této prezentaci představuji návrh inteligentního samoaktivujícího se antibakteriálního povlaku naneseném na lékařsky relevantní povrch. Na povrch polypropylenové fólie byla naroubována 3D periodická struktura MOF na bázi mědi. Tato struktura dokáže účinně katalyzovat tvorbu NO radikálů z jeho endogenních donorů a tím inhibovat růst bakterií. NO radikály jsou známé svými antibakteriálními a protizánětlivými vlastnostmi současně působí jako prevence tvorby bakteriálních biofilmů. Na rozdíl od jiných materiálů, které k aktivaci svých antibakteriálních vlastností vyžadují vnější podněty, reaguje navrhovaný povlak na zvýšenou koncentraci GSNO v tělních tekutinách, která je spojená s bakteriálními metabolity. Z těchto důvodů je tento povlak vhodný i pro dlouhodobé užití a samoaktivaci v přítomnosti bakterií.  

Monokrystalický křemík s porézní strukturou na úrovni mikrometrů až nanometrů je v současnosti používaným senzorem pro detekci plynných látek a používá se i v elektronice díky svým výjimečným optickým vlastnostem. Nicméně další výzkum tohoto strukturovaného nanomateriálu pokračuje a poukazuje na jeho potenciální využití i v jiných odvětvích. Lze ho využít jako nosič léčiv nebo biosenzor pro detekci biologických nebo organických látek s velkou přesností a s nízkou možnou detekovatelnou koncentrací analytu. V práci jsem se nejprve zaměřila na přípravu a studium porézního křemíku a jeho použití v senzorových technologiích. Bylo připraveno množství vzorků s různou morfologií a velikostí porézní struktury a ty nejlepší byly použity pro stanovení perfluorooktanové kyseliny (PFOA) ve vodě dvěma způsoby. Nejprve pomocí SERS a následně byla provedena i elektrochemická detekce. PFOA je známým kontaminantem a látkou, kterou organismus neumí přirozeně vylučovat. Proto zůstává v krvi a usazuje se v orgánech a může způsobovat zdravotní komplikace.