Stabilizace funkcionalizovaných nanovlákenných materiálů založených na polyvinylalkoholu

Jakub Drabina

Bachelor's thesis

Stabilisation of functionalized nanofibrous materials based on poly (vinyl alcohol)

Abstract:

Z hlediska struktury jsou polymerní materiály vyrobené pomocí elektrostatického zvlákňování velice podobné extracelulární hmotě. Takto vyrobené nanovlákenné vrstvy tvoří ideální prostředí pro proliferaci, buněčnou adhezi nebo jako řízená doprava léčiv. Nanovlákenné biodegradabilní polymerní materiály s inkorporovanými proteiny mohou čelit několika překážkám při využití jako řízená doprava léčiv pro podporu hojení ran a regenerace tkání. V případě uvolňování inkorporovaných proteinů se u většiny materiálů projevuje efekt "burst release", kdy dochází k uvolnění více jak 90 % látek v prvních 24 hodinách. Tato bakalářská práce se zabývá fyzikální stabilizací nanovlákenných materiálů vyrobených z PVA s vysokým stupněm hydrolýzy (98 %) zvlákněných pomocí střídavého (AC) elektrického zvlákňování, kde ve snaze snížit rozpustnost PVA, a tím pádem zvolnit průběh uvolňování proteinů z nanovlákenných scaffoldů, byla použita metoda síťování "freeze-thaw" (F-T), která je založena na posilování vodíkových můstků mezi molekulami PVA. Cílem práce bylo sledovat vliv metody F-T a počtu cyklů na uvolňování inkorporovaných proteinů, na rozpustnost a krystalinitu PVA. Vyrobené PVA nanovlákenné scaffoldy měli v případě čistého PVA větší průměrnou hodnotu průměru vláken (384 ? 120 nm) než v případě materiálu PVA_TL s inkorporovanými proteiny (274 ? 74 nm). Jeden cyklus metody F-T byl nastaven na zmrazení materiálu při -20 °C na 16 hodin a následné rozmrazování při +4 °C po dobu 8 hodin. Na základě výsledků ze spektrofotometrie bylo možné pozorovat trend snižování rozpustnosti PVA po 24 hodinách při použití metody F-T o 11 % po 5 cyklech a o 12 % po 10 cyklech. Při uvolňování proteinů bylo naměřeno snížení po 24 hodinách o 17 % po 5 cyklech F-T a o 26 % po 10 cyklech F-T.

Abstract:

In terms of structure, polymeric materials produced by electrospinning are very similar to extracellular matrix. Nanofibrous layers produced this way form an ideal environment for proliferation, cell adhesion, or as controlled drug delivery. Nanofibrous biodegradable polymeric materials with incorporated proteins may face several obstacles when used as controlled delivery of drugs for support of wound healing and tissue regeneration. In the case of the release of incorporated proteins, most materials show a "burst release" effect, during which more than 90 % of substances are released in the first 24 hours. This bachelor thesis deals with the physical stabilisation of nanofibrous materials made of PVA with a high degree of hydrolysis (98 %), which are produced by AC electrospinning. Physical crosslinking method "Freeze-thaw" (F-T), which is based on strengthening hydrogen bonds in-between PVA molecules, was used to reduce the solubility of PVA and thus slow down the release of proteins from nanofibrous scaffolds. The aim of this thesis was to monitor the effect of the F-T method and the number of cycles on the release of incorporated proteins, on the solubility and crystallinity of PVA. The electrospun PVA nanofiber scaffolds had a higher average value of fibre diameter (384 ? 120 nm) in the case of pure PVA than in the case of PVA_TL material with incorporated proteins (274 ? 74 nm). One cycle of the F-T method was set to freeze material at -20 °C for 16 hours and then thawing at +4 °C for 8 hours. Based on the results from spectrophotometry, it was possible to observe a trend of decreasing solubility of PVA after 24 hours using the F-T method by 11 % after 5 cycles and by 12 % after 10 cycles. After 24 hours a decrease by 17 % after 5 cycles and by 26 % after 10 cycles of the F-T method was measured upon a protein release.

Keywords

Elektrostatické zvlákňování, Polyvinylalkohol, nanovlákna, růstové faktory, freeze-thaw, tkáňové inženýrství, scaffold

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 5. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Věra Jenčová, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Bachelor programme / field:
Nanotechnology / Nanomaterials