Studentská vědecká konference

Ve spalovacích motorech vznikají výfukové plyny, které obsahují jak plynné, tak pevné složky. Ke konverzi zdraví škodlivých plynných látek se používají automobilové katalyzátory. Pevné částice jsou odstraňovány ve filtrech pevných částic. Automobilové katalyzátory jsou tvořeny nosičem (monolitem) z keramiky nebo kovu, který se skládá ze soustavy mnoha kanálků pokrytých tenkou porézní vrstvou katalyzátoru. Toto uspořádání umožňuje současně dosáhnout velkého povrchu katalyzátoru a nízké tlakové ztráty. Konverze škodlivin závisí na tloušťce a porozitě nanesené vrstvy. Filtry pevných částic jsou dnes nepostradatelnou součástí všech automobilů s dieselovými motory a nově jsou řazeny také za některé benzinové motory. V případě filtru jsou kanálky vždy na jedné straně zaslepeny, plyn proto musí projít přes porézní stěnu mezi kanálky. V moderních katalytických filtrech pevných částic je do vnitřní porézní struktury stěny nanesen katalyzátor – i zde je nutné kromě požadované filtrační účinnosti a konverze škodlivin zajistit co nejnižší tlakovou ztrátu filtru. Cílem prováděného výzkumu je tedy vylepšení postupu nanášení katalytické vrstvy do monolitu a filtru pevných částic namáčením (dip-coating) a dále návrh aparatury pro podtlakové nanášení katalytických vrstev do filtrů pevných částic.

Redox flow batteries are promising technology for electricity storage in large scale applications. However, the current high cost of redox flow batteries limits a wide spread of this technology. Membrane is a critical component of the battery as it determines its performance as well as the economic viability. It acts as a separator preventing mixing of the positive and negative electrolytes, while allowing the transport of ions to complete the electric circuit. An ideal membrane should be ironically conductivity, impermeability for electroactive species and chemically stable. The last aspect is studied within this contribution for various selected homogeneous and heterogeneous ion-exchange membranes. The ion-exchange capacities are measured for pristine membranes and after their exposure to oxidative environment of charged vanadium positive electrolyte. The causes of the degradation of membrane properties are investigated.

The design of pharmaceutical tablets relies on determination of the optimal formulation parameters that define the tablet shape, structure and composition. Since these parameters also affect the release rate of an active ingredient from it, their optimal values have to be found, so the dissolution curve follows a prescribed profile. However, in order to find their appropriate values, numerous experiments are required. This could be avoided by modelling the tablets disintegration and dissolution behaviour and determining the effects of the formulation parameters. Ultimately, a reliable simulation can be used to predict the dissolution curve and therefore to reduce the number of experiments required. In the present work, the disintegration and dissolution of a directly compressed tablet containing ibuprofen as an active ingredient and croscarmellose as a disintegrant was simulated. Firstly, the discrete element method (DEM) is used to simulate tablet fragmentation triggered by the swelling of the disintegrant. The effect of disintegrant amount and its spatial distribution inside the tablet on the resulting fragment size distribution was evaluated. The dissolution of the fragments was then separately simulated, and the computational simulation results were compared with experiments.

The 3D printing is a popular technology that planted its roots in a various fields of study including food technology and tissue engineering. It has promise for producing orodispersible drug forms for pharmaceutical industry. One of the 3D printing techniques is Fused deposition modeling (FDM) which builds on filaments that are produced by Hot-melt extrusion, technique which is already frequently used in the pharmaceutical technology. Extrusion applies heat and pressure to melt mixture of ingredients and force it out of a head in a form of a filament. The filaments for oral films are made of various ingredients which includes polymers, active pharmaceutical ingredient, disintegrants, flavours, colours, saliva stimulating agents, plasticizers and surfactants. Because of various excipients that also can be implemented as film formers, 3D printing method seems to be the most advantageous technique of producing orodispersible films. The porous structure of printed films leads to increased dissolution rate in comparison to casted films. The aim of this work is to print a rapid release orodispersible film by choosing suitable polymers, other excipients and printing design.  

Spalovací motory produkují velké množství škodlivých plynů a pevných částic. K největšímu nárůstu automobilů došlo v sedmdesátých letech, což vedlo ke zhoršení ovzduší – začaly se vytvářet emisní normy a automobily musely být vybaveny katalytickými konvertory výfukových plynů. Řešením pro snížení množství pevných částic je použití filtrů pevných částic, jež se nově používají u benzínových motorů. Filtry pevných částic se skládají z velkého množství souběžných kanálků, které jsou vždy na jedné straně zaslepeny tak, aby plyn musel prostoupit přes porézní stěnu do sousedních kanálků. Stejně jako monolity tak i na filtry je nanesená katalytická vrstva suspenze obsahují γ-Al₂O₃ jako nosič. Tloušťka a umístění vrstvy má zásadní vliv na tlakovou ztrátu filtru. V této práci je použita metoda „dip-coating“ – nanášení namáčením. V suspenzi lze upravovat různé parametry (pH, velikost částic, viskozita), tak aby bylo dosaženo tenké a rovnoměrné vrstvy γ-Al₂O₃ na povrchu kanálků, případně uvnitř porézní stěny. Velikost částic γ-Al₂O₃ je jednou z klíčových vlastností suspenze – v této práci byly použity dvě suspenze s velikostí d₉₀ = 8,7 a 20,5 µm, které vykazovaly různé fyzikální vlastnosti. Vzorky byly profukovány různými tlaky a některé z nich byly před samotným nanášením ponořeny do vody.

Tato práce se zabývá využitím exosomů – váčků uvolňovaných buňkami do okolního prostředí – izolovaných z kultivačních médií komerčně pěstovaných buněk a jejich následnou využitelností jako potenciálních součástí nosičů pro cílené doručování léčiv. Po nalezení konzistentního způsobu izolace exosomů se studuje schopnost enkapsulace barviva do těchto částic. Sledována je především účinnost enkapsulace, její časová stálost a schopnost uvolnění enkapsulované látky. Dalším z cílů je také připravit kompozitní částice či agregáty exosomů s laboratorně připravenými liposomy.  

As demands on energy increase, it is necessary to improve renewable technologies to obtain higher amount of safe and clean energy. One of the resources, solar energy, can potentially satisfy such demands. According to available data, if we covered only 4 % of deserts with solar panels, they could provide enough electricity for the entire mankind. However, the accumulation of sand particles hinders the efficiency of the solar panels by around 40 %. The panels cannot be efficiently cleaned by water, because water is more precious than electricity in desert areas and mechanical cleaning scratches the panels, which leads to permanent efficiency losses. We aim to find a solution to remove the dust from solar panels utilizing the combination of antistatic coating and electric field. Therefore, we examined the electrostatic charging of sand – glass systems to find the polarity of charge generated on sand particles due to the friction between the particles and solar panel surface made of glass.  Afterwards, we applied the method of electrospraying in order to form antistatic nanolayers on glass surface that would be of the same polarity as the sand particles. This layer combined with voltage pulses may ensure repulsion of accumulated dust particles from the panel’s surfaces.  

Homogenní iontově-výměnné membrány se používají v elektrodialyzérech jako permselektivní médium zajišťující požadovanou separaci iontů v elektrickém poli. Při porovnání s heterogenními membránami, které obsahují značné množství iontově nevodivého materiálu, jsou homogenní membrány tvořeny pouze iontově selektivním materiálem a tedy obecně vykazují lepší separační vlastnosti ovšem často na úkor mechanické a chemické stability. Jedním z cílů našeho projektu je pochopit rozdíl v chování homogenní a heterogenní iontově-výměnné membrány v elektrickém poli. Tato práce se zaměřuje na pozorování dějů, které nastávají na diluátové straně membrány při měření voltampérové charakteristiky. Hlavní pozornost je věnována tzv. nadlimitní oblasti v níž dochází k tvorbě elektrokineticky řízených vírů popřípadě ke vzniku jiných jevů, např. štěpení vody. Provádění odsolování v elektrodialyzérech v nadlimitní oblasti je jednou z možností, jak intensifikovat daný proces. K vlastním experimentům byly využity homogenní aniontově i kationtově-výměnné membrány, jež byly integrovány do speciálně vyvinutého čipu umožňující elektrochemickou charakterizaci i pozorování procesů na membráně. Získané výsledky budou detailně popsány a diskutovány s ohledem na provozování elektrodialyzérů v nadlimitním režimu.  

V primárním okruhu jaderných elektráren se využívá demineralizovaná voda díky svým vhodným fyzikálně-chemickým vlastnostem, snadné dostupnosti a nízké ceně. Nevýhodou je její radiolytický rozklad a následná koroze zařízení. Kvůli zlepšení vlastností se do vody přidávají aditiva. Jedním z nejvýznamnějších je amoniak, jehož radiolytickým rozpadem přímo v primárním okruhu vzniká vodík. Ten zajišťuje v chladivu redukční podmínky a snižuje obsah kyslíku. Z bezpečnostních a ekonomických důvodů je vhodné sledovat koncentraci vodíku, která se pohybuje v jednotkách ppb. Použití většiny na trhu dostupných snímačů není vhodné vzhledem k jejich neselektivitě.  Nabízí se myšlenka využívat k měření koncentrací vodíku polarografické sondy, které jsou často využívány k měření koncentrací kyslíku. Výsledkem vývoje H-metru na bázi polarografických sond by v budoucnu mohl být nový žádaný produkt, protože dnes existuje pouze jediná firma nabízející obdobný přístroj.  Byl sestrojen první prototyp H-metru, který je nyní ve fázi testování funkčnosti a přesnost. Na laboratorní aparatuře byly testovány nově vyvinuté vodíkové sondy. Do budoucna je plánováno zlepšení celkové mechanické odolnosti H-metru a vývoj modernější elektroniky, která by splňovala požadavky na přesnost měření, stabilitu a funkčnost.