Vliv povrchových vlastností materiálů na tvorbu biofilmu

Ing. Nikola Mikušová

Disertační práce

The influence of surface properties of materials on biofilm formation

Anotace:

Uplatnění polymerních materiálů nejen v průmyslu, ale i v biomedicíně vyžaduje znalost jejich materiálových vlastností, především pak vlastností povrchových, ale také vlastností biologických. Elektricky vodivé polymery se staly předmětem výzkumu z důvodu potenciálního využití v mnoha odvětvích průmyslu či biomedicíny. Zájem o vodivé polymery vychází z jejich unikátních vlastností jako je elektrická vodivost, snadná a nízkonákladová syntéza či jednoduchá tvorba tenkých filmů na různých površích. Potenciální využití vodivých polymerů je tak velmi rozmanité a perspektivní, ať už v oblasti biosenzorů, neurálních implantátů, scaffoldů pro tkáňové inženýrství či jako zařízení reagující na stimuly. Vodivé polymery se vyznačují jednoduchou modifikovatelností jak chemicky, pomocí dopujících kyselin, tak pomocí plazmového ošetření či inkorporací antimikrobiálních látek. Vodivé polymery tak mohou být využity k ovlivnění chování rozličných biologických systémů, jako jsou proteiny, jednotlivé buňky (prokaryotické i eukaryotické) či tkáně. V řadě aplikací jsou pak biofilm tvořící mikroorganismy významnější než častěji studované planktonní kmeny. To je dáno tím, že přítomnost biofilmu způsobuje vážné problémy v mnoha oblastech průmyslu a medicíny. Odstranění již vytvořeného mikrobiálního biofilmu se stává rovněž náročnou záležitostí, jelikož v tomto společenství se buňky dokážou lépe chránit vnějším vlivům a extracelulární matrix zabraňuje penetraci biocidních látek. Povrchové vlastnosti materiálů proto hrají klíčovou roli při interakci materiálu s mikroorganismy, protože mohou ovlivnit již počáteční adhezi mikroorganismů. V návaznosti na problematiku vzniku a rozvoje biofilmu je hlavním cílem této dizertační práce poskytnout základní informace a poznatky o schopnosti omezit tvorbu bofilmu pomocí vodivých polymerů a jejich modifikací stejně jako pomocí dalších materiálů.

Abstract:

To apply polymeric materials in either industry or biomedicine it is essential to know not only their material but also biological properties. Conducting polymers (CPs), have become the subject of intensive research thanks to their unique properties, such as conductivity, simple and low-cost synthesis or easy coating of various surfaces by CP. The potential application of CPs has huge diversity, e.g. they can be used for biosensors, neural implants, tissue engineering scaffolds or stimuli-responsive devices. Between the unique properties of CP can be assigned the easy modification either chemically (e.g. by using various doping acids), by plasma treatment or incorporation of antimicrobial agents onto their surface. The ability of easy surface modification is crucial for their application as biointerface materials. Due to these, CPs can be also used for the improvement of the surface properties of other materials. Improved surface properties may subsequently influence the reaction and attachment of various proteins, eukaryotic cells, tissues and especially microorganisms. The presence of microbial biofilm and overall the adhesion of microorganisms onto the material surfaces cause severe problems in many fields of industry or medicine. In the biofilm community, the cells are able to effectively protect themselves against external conditions and extracellular matrix prevents the penetration of any foreign substances such as biocides, antimicrobial agents (antibiotics, etc.). The surface properties of materials are a key factor influencing the reciprocal interaction between surface and microorganisms, e.g. in the context of microorganism attachment. Thus, in the continuity of this issue, the main aim of the doctoral study was to provide novel information about the possible anti-biofilm properties of pristine CPs or their modification. The present information can be applied in the design of materials that will subsequently be capable to prevent the adhesion of microorganisms onto their surfaces.

Klíčová slova

Polymerní materiály, vodivé polymery, filmy, povrchové vlastnosti, modifikace, mikroorganizmy, biofilm

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 11. 2. 2020

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 25. 6. 2020

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Fakulta technologická

Doktorský studijní program / obor:
Chemie a technologie materiálů / Technologie makromolekulárních látek