Chemické modifikace povrchů různých typů substrátů, jejich charakterizace a testování jejich bioaktivity

Mgr. Monika BENKOCKÁ

Doctoral thesis

Chemical modifications of surfaces of various substrates, their characterization and testing of their bioactivity

Abstract:

V poslední době polymerní materiály stále častěji nahrazují tradiční materiály kvůli jejich skvělým vlastnostem, jako je lehkost, flexibilita, nízká cena nebo lepší odolnost proti korozi. Jejich povrchové vlastnosti, jako je smáčivost, biokompatibilita nebo adheze, však mohou omezit jejich další potenciální použití. Proto je nutné tyto povrchové vlastnosti zlepšit různými fyzikálními (plazmovými, UV) nebo chemickými (tzv. Piranha roztoky) metodami. Účelem této modifikace je vytvořit nová reaktivní místa na povrchu substrátu pro usnadnění vazby dalších specifických sloučenin. Nové substráty vytvořené těmito způsoby mohou najít uplatnění v medicíně, pro biologické aplikace, pro vývoj materiálů tkáňového inženýrství nebo pro ochranu životního prostředí. Povrchy polymerů byly chemicky aktivovány a následně modifikovány vybranými chemickými sloučeninami. Všechny změny povrchových vlastností byly stanoveny řadou dostupných analytických metod. Chemie povrchu byla stanovena stanovením elektrokinetického potenciálu (zeta potenciál), složení povrchového povrchu bylo analyzováno rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS), povrchová smáčivost měřením kontaktního úhlu goniometrií, povrchová morfologie mikroskopií atomových sil (AFM) ), skenovací elektronovou mikroskopií (SEM), fotoluminiscenční vlastnosti UV-Vis spektroskopií. Bylo provedeno několik mikrobiálních testů, modifikované povrchy byly testovány na (i) antibakteriální aktivitu a (ii) byly také provedeny testy na adhezi a proliferaci buněk na nanostrukturovaných površích.

Abstract:

Recently, polymeric materials have been increasingly replacing traditional materials due to their great properties such as lightness, flexibility, low cost or better corrosion resistance. However, their surface properties, such as wettability, biocompatibility or adhesion, may limit their further potential applications. Therefore, it is necessary to improve these surface properties by various physical (plasma, UV) or chemical (by so-called Piranha solutions) methods. The purpose of this modification is to create new reactive sites on the substrate surface to facilitate binding of other specific compounds. The new substrates formed by these ways can find application in medicine, for bio-applications, for the development of tissue engineering materials or for environmental protection. The surfaces of the polymers were chemically activated and consequently modified with selected chemical compounds. All changes in surface properties were determined by a number of available analytical methods. Surface chemistry was determined by determination of the electrokinetic potential (zeta potential), the elemental surface composition was analysed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the surface wettability by measuring the contact angle by goniometry, surface morphology by atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), photoluminescent properties by UV-Vis spectroscopy. Several microbial tests have been realized, the modified surfaces were tested for (i) antibacterial activity and (ii) tests for cell adhesion and proliferation on nanostructured surfaces were also performed.

Keywords

modifikace povrchu polymeru, roztok Piranha, roubování boranů, povrchové vlastnosti, antimikrobiální aktivita, elektrokinetický potenciál, adheze buněk.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 2. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 21. 5. 2020
• Supervisor: doc. Ing. Zdeňka Kolská, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Nanotechnology / Applied Nanotechnology