Studium vodivých biokompatibilních systémů na bázi biopolymerů

Ing. Daniela Jasenská

Doctoral thesis

Study of conducting biocompatible systems based on biopolymers

Abstract:

Vodivé polymery jsou konjugované polymery, které jsou v současnosti používány v široké řadě aplikací, včetně elektronických a medicínských zařízení. Důvodem zájmu o tyto materiály jsou jejich atraktivní vlastnosti, zahrnující jednoduchou přípravu, kombinaci elektronové a iontové vodivosti i dobrou stabilitu. Jejich aplikace je však omezena obtížnou zpracovatelností. Tento nedostatek lze vyřešit přípravou koloidních disperzí vodivých polymerů, která se provádí reakcí v přítomnosti vhodného sterického stabilizátoru. Koloidní systémy jsou atraktivní stabilní formy vodivých polymerů a mohou rovněž sloužit jako základ pro přípravu filmů a scaffoldů. Dizertační práce se v první části zabývá přípravou koloidních disperzí polyanilinu stabilizovaných biokompatibilními stabilizátory chitosanem a hyaluronátem sodným a zkoumá jejich vlastnosti a možnosti aplikace. Koloidy byly charakterizovány pomocí UV-vis spekter, distribuce velikosti částic a morfologie. Současně byly stanoveny i jejich biologické vlastnosti, a to cytotoxicita a antibakteriální aktivita. Úspěšně připravené koloidy byly v další části práce využity jako prekurzory pro přípravu kompozitních filmů kombinujících vodivý polymer polyanilin s biokompatibilními polysacharidy. Kromě fyzikálně-chemických vlastností filmů byla stanovena jejich antibakteriální aktivita a především cyto-kompatibilita s lidskými indukovanými pluripotentními kmenovými buňkami. Závěrečná část práce je věnována novému způsobu přípravy vodivých polymerů, takzvané zelené syntéze, která využívá enzymů z třídy peroxidáz. Enzymaticky syntetizované polyanilinové koloidy byly popsány pomocí fyzikálně-chemických a biologických vlastností, včetně cytotoxicity na fibroblastech a makrofázích i jejich imunomodulačního účinku na makrofágy a neutrofily.

Abstract:

Conducting polymers (CPs) are a class of conjugated polymers currently used in a broad range of applications, including electronics and medical devices. The interest in these materials is motivated by their attractive properties, comprising simple straightforward synthesis, mixed electron and ionic conductivity, and environmental stability. However, the application of CP is limited by their difficult processability. This limitation can be removed via the preparation of conducting colloidal dispersions containing suitable steric stabilizers, such as polymers and biopolymers. This attractive stable form of conducting polymer can also serve for the preparation of films and scaffolds. The thesis focuses first on polyaniline colloidal dispersions stabilized by the biocompatible stabilizers sodium hyaluronate and chitosan, their preparation, the investigation of their properties, and possibilities with respect to their application. With regard to the future utilization of these systems, a precise method of preparation was established, this involving the choice of a suitable ratio of reactant and stabilizer. The colloids were characterized by UV?vis spectra, particle-size distributions, and morphology, as well as by their biological properties in terms of cytotoxicity and antibacterial activities. In the second part of the thesis, successfully prepared colloids served as precursors for the formation of conducting composite films combining polyaniline with the abovementioned polysaccharides. In addition to these films? physico-chemical characteristics, their antibacterial activity and mainly cytocompatibility with human-induced pluripotent stem cells were described. The final part of the thesis is devoted to novel, green synthesis routes for conducting polymers utilizing peroxidase enzymes. Enzymatically synthetized polyaniline colloids were described via their physicochemical and biological properties, including their cytotoxicity to fibroblasts and macrophages, as well as their immunomodulatory effect on macrophages and neutrophils.

Keywords

polyanilin, polypyrol, biopolymery, koloidní disperze, filmy, enzymatická polymerace

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 5. 2022

Thesis defence

Tomas Bata University in Zlín

Tomas Bata University in Zlín

Doctoral programme / field:
Material Sciences and Engineering / Biomaterials and Biocomposites