Studentská vědecká konference

Rozvoj automobilového průmyslu s sebou přinesl i velkou spotřebu surovin a materiálů. Tyto materiály je potřeba po konci životnosti jednotlivého dílu či celého automobilu zrecyklovat. Z tohoto pohledu je jedním z nejproblémovějších materiálů pneumatika, z největší části tvořená pryží. V posledních desetiletích se v Evropské unii výrazně řešil ekologický dopad skládkování pneumatik, které bylo ve velké míře zakázáno.  Odpadní pneumatiky se také drtí na granuláty a ty se používají např. jako palivo, nebo se mohou dále zpracovávat na jemnou drť. Ve své práci se zabývám charakterizací pryžových drtí z odpadních pneumatik a jejich zakomponováním do nových běhounových kaučukových směsí. Ty obsahovaly vždy stejnou koncentraci různých velikostních frakcí částic drtí vyrobených různými technologiemi. Studoval jsem reologické vlastnosti kaučukových směsí a po vulkanizaci mechanické vlastnosti vulkanizátů. Některé z těchto vlastností se s přídavkem drtě zlepšují.

Poly(laktid-co-glykolid), PLGA, biodegradabilný a biokompatibilný kopolymér, je jedným z najviac študovaných a využívaných materiálov v medicíne. PLGA tvorí nanočastice, ktoré nachádzajú uplatnenie ako nosiče liečiv v nádorovej terapii. V prípade, že obsahujú enkapsulované fluorescenčné farbivá alebo superparamagnetické nanočastice oxidov železa (SPIONs), môžu slúžiť ako kontrastné činidlá. Cieľom tejto práce je pripraviť polymérny nosičový systém, tvorený nanočasticami PLGA s enkapsulovaným farbivom Nílskou červeňou a nanočasticami Fe₃O₄. Bol študovaný vplyv surfaktantu (Tween, Pluronic) pri príprave nanočastíc precipitáciou. Dokázali sme, že možno dosiahnuť modifikáciu záporne nabitého povrchu nanočastíc na kladný pomocou chitosanu. Kladný náboj na povrchu nanočastíc zvyšuje ich adhezivitu k povrchu slizníc a zaisťuje tak lepšiu biologickú dostupnosť.  

Častým problémem při syntéze polymerních nanokompozitů je nedostatečná kompatibilita plniva s matricí. Tato práce se věnuje syntéze nanokompozitů na bázi magnetického oxidu železitého a poly(2,2,2-trifluoroethyl methakrylátu) (γ–Fe₂O₃/PMATRIF), v nichž bylo kompatibility obou fází dosaženo funkcionalizací γ–Fe₂O₃ organokřemičitým vazným činidlem. Úspěšný průběh funkcionalizace byl potvrzen termogravimetrickou analýzou a infračervenou spektroskopií. Funkcionalizované nanoplnivo bylo dále využito k přípravě nanokompozitů in situ interkalační polymerizací 2,2,2-trifluoroethyl methakrylátu; z připravených nanokompozitů byly posléze separovány polymerní řetězce volné či vázané na plnivo.  U vázaných řetězců bylo pomocí termogravimetrické analýzy stanoveno množství nanoplniva, jeho homogenní distribuce byla prokázána skenovací elektronovou mikroskopií. Přídavek nanoplniva měl překvapivě za následek pokles teploty skelného přechodu. Měření kontaktního úhlu potvrdilo pozitivní vliv nanoplniva na hydrofobicitu nanokompozitu. Získané poznatky v budoucnosti usnadní přípravu materiálů pro pokročilé optické aplikace.  

Mechanochemie je vědní obor studující vliv mechanické síly na molekuly a  její využití k iniciaci chemických reakcí. V polymerní mechanochemii jsou do molekuly polymeru zabudovány mechanicky citlivé fragmenty- mechanofory. Jedním z takových mechanoforů je např. spiropyran.  Působením mechanické síly na molekulu spiropyranu dochází k jeho otevření na výrazně zbarvený merocyanin. Cílem práce je připravit systém spiropyran-PMMA s různou délkou řetězců a následné studium mechanochemických vlastností.   

Polymerní nosiče biologicky aktivních látek (BAL) patří k intenzivně studovaným materiálům v oblasti humánní medicíny. Jsou využívány jako transportní systémy pro kancerostatická léčiva, protilátky, antigeny, kterým mohou zajistit nižší toxicitu, dlouhodobější setrvání v organismu či preferenční akumulaci v cílových buňkách a tkáních. K takovým nosičům patří i námi studované hvězdicové polymery, které jsou sestaveny z lineárních biokompatibilních polymerních ramen na bázi poly(ethylenglykolu) (PEG) či poly[N-(2-hydroxypropyl)methakrylamidu] (PHPMA) vycházejících z hexavalentního biodegradovatelného cyklotrifosfazenového (CTP) jádra. Tyto polymery se vyznačují především vysokou molární hmotností, nízkou disperzitou a vysokým počtem funkčních skupin na koncích polymerních ramen pro navázání BAL. Práce je zaměřena jak na syntézu heterobifunkčních PEG a PHPMA polymerů, tak na přípravu funkcionalizovaných CTP derivátů a jejich následnou konjugaci za vzniku hvězdicových polymerů. K přípravě a charakterizaci hvězdicových polymerů  jsou v práci využívány moderní syntetické (bioortogonální reakce) a polymerační metody (RAFT) a sofistikované analytické techniky (SEC-MALLS, DLS). 

Kaučukové jedy jsou sloučeniny na bázi přechodných kovů, které významným způsobem podporují stárnutí kaučuků i pryží. Působí jako katalyzátory rozkladu peroxidů vzniklých termooxidací kaučuku, čímž mohou významně napomáhat degradaci pryžových výrobků. Patří sem především sloučeniny mědi, manganu, dále jsou v literatuře také uváděny kobalt, železo nebo chrom. Typ použité suroviny je v literatuře méně studován než množství přechodného kovu. Tato práce se snaží toto opomenutí napravit. V této práci byly do dvou různých druhů přírodního kaučuku (SIR 10, GH 10) vmíchány ve dvou koncentracích síran, oxid a stearan manganatý, jejichž působení bylo porovnáno s působením stejných měďnatých sloučenin. Stárnutí bylo studováno změnou viskozity Mooney, kde bylo především využito indexu zachování viskozity MRI (Mooney Retention Index). Dále byla sledována změna obsahu gelu vzorků po stárnutí.  

Významná část farmaceutického výzkumu je v dnešní době zaměřena na vývoj účinných a bezpečných léčiv proti infekčním a nádorovým onemocněním. Z hlediska bezpečnosti jsou velkým příslibem peptidové antigenní vakcíny, které ale z důvodů nižší schopnosti interakce s buňkami imunitního systému a často i omezené rozpustnosti v tělních tekutinách nedosahují požadované účinnosti. Vyhovujícím řešením tohoto problému by mohlo být navázání peptidové vakcíny na nanočásticový polymerní nosič, který zajistí vakcíně vyšší afinitu k imunitním buňkám, zvýší její rozpustnost a prodlouží dobu jejího imunologického účinku v organismu. Práce je zaměřena na syntézu a fyzikálně-chemickou charakterizaci biokompatibilních diblokových kopolymerů sestávajících z hydrofilního poly[N-(2-hydroxypropyl)methakrylamidového] (PHPMA) a hydrofobního či termosenzitivního aminokyselinového bloku, které ve vodném prostředí spontánně vytvoří micelární struktury. Do struktur vybraných micel budou následně zavedeny jak peptidové antigeny, tak pomocné imunostimulační látky (adjuvancia). V práci budou využity moderní polymerační metody (RAFT, ROP) a sofistikované analytické techniky (SEC-MALLS, DLS).

Nanočástice pro cílenou dopravu léčiv nebo diagnostiku nabývají v posledních letech na důležitosti, a to především pro biomedicinské aplikace, jako je například cílený přenos toxických chemoterapeutik přímo do místa s nádorem. Pro takovýto cílený přenos se využívají termoresponzivní amfifilní roubované kopolymery, které dokáží uvolnit navázané léčivo v požadovaném místě. Cílem práce byla příprava roubovaných kopolymerů s hydrofobním polyethylenovým (dPE) jádrem a hydrofilním termoresponsivním pláštěm kombinací chain-walking koordinační kopolymerace následované RAFT radikálovou polymerací. Vzniklé amfifilní roubované kopolymery byly převedeny nanoprecipitací na vodné disperze nanočástic, které umožnily enkapsulovat modelovou hydrofobní látku (nilská červeň). Hydrofilní pláště na bázi poly(N-izopropylakrylamidu) a poly(ethylenglykol)methylethermethakrylátu vykazovaly dolní kritickou rozpouštěcí teplotu v rozmezí 38-60 °C. Připravené částice by vedle medicínských aplikací mohly nalézt uplatnění rovněž v nanokatalýze.

Poly(ε-kaprolakton) (PCL) patří mezi biodegradovatelné a biokompatibilní polymery. Vzhledem ke svým vlastnostem je v medicíně využíván pro cílený transport léčiv, jejich řízené uvolňování nebo jako skafold v tkáňovém inženýrství. Nejčastěji využívaným iniciátorem pro přípravu PCL je 2-ethylhexanoát cínatý (Sn(Oct)₂), který je však podezříván z toxicity vůči buňkám. Z tohoto důvodu se pozornost zaměřuje na iniciátory na bázi biogenních kovů, tj. vápníku či hořčíku. Vzhledem k době degradace PCL v rozmezí 2-4 let se často využívají kopolymery ε-kaprolaktonu (CL) např. s laktidem či glykolidem, které vykazují rychlejší degradaci. Mezi tyto materiály lze zařadit i kopolymer CL s γ-butyrolaktonem (BL). V této práci byl pro přípravu PCL využit v literatuře neprozkoumaný iniciátor na bázi vápníku - bis(ε-kaprolaktamát) vápenatý (CaCLA₂). U připraveného PCL byly porovnány jeho mechanické vlastnosti s PCL iniciovaným v literatuře popsaným methoxidem vápenatým či komerčním Sn(Oct)₂. Dále byl CaCLA₂ otestován pro kopolymeraci CL s BL, kde byly použity různé poměry monomerů pro vytvoření koncentrační řady. Kopolymery byly charakterizovány obsahem kopolymeru, zastoupením strukturních jednotek či termickými vlastnostmi a byly sledovány jejich vlastnosti v závislosti na obsahu zabudovaného BL.