Studium smáčení vlákenných struktur pomocí biokompatibilních hydrogelů

Ing. Radek Jirkovec

Doctoral thesis

Abstract:

Disertační práce se věnuje smáčení vlákenných útvarů pomocí biokompatibilních hydrogelů. Během experimentální části byly připraveny hydrogely a bylo měřeno jejich povrchového napětí v závislosti na jejich teplotě. Z výsledků bylo zjištěno, že připravené hydrogely mají téměř shodné povrchové napětí při aplikační teplotě 37°C. V další fázi experimentální části bylo přistoupeno k výrobě vlákenných vrstev, přičemž bylo využito jak stejnosměrné zvlákňování, tak i střídavé zvlákňování. Vyrobené vlákenné vrstvy byly podrobeny zkoumání jejich povrchové energie pro výpočet teoretických kontaktních úhlů, které na nich budou svírat připravené hydrogely. Během tohoto zkoumání však byly zjištěny významné rozdíly v hodnotách povrchových energií, a tím i ve smáčení těchto vyrobených vlákenných vrstev. Z výsledků vyplynulo, že vlákenné vrstvy vyrobené stejnosměrným zvlákňováním pomocí strunové elektrody vykazují hydrofilní chování a vlákenné vrstvy ze střídavého zvlákňování naopak vykazují hydrofobní chování. Na základě zjištění těchto rozdílů byla část práce rozšířena o experimenty vedoucí k vysvětlení těchto rozdílů. Z provedených měření bylo zjištěno, že tento rozdíl je způsoben orientací makromolekul, kde v případě vlákenných vrstev ze stejnosměrného zvlákňování je na povrchu vláken vyšší koncentrace kyslíku než v případě vlákenných vrstev ze střídavého zvlákňování. V experimentální části byla studována možnost vytvoření objemných smáčivých nanovlákenných materiálů, které by byly určeny k tvorbě kompozitního scaffoldů v kombinaci s vytvořenými hydrogely. V důsledku toho bylo přistoupeno ke změně materiálových a následně i procesních podmínek u střídavého zvlákňování. Hydrofilní nanovlákenná vrstva ze střídavého zvlákňování byla připravena pomocí zařízení Trek a generátoru funkcí, a to změnou frekvence střídavého napětí.

Abstract:

The dissertation thesis deals with the wetting of fibrous structures using biocompatible hydrogels. During the experimental part, hydrogels were prepared, and their surface tension as a function of their temperature was measured. The results found that the prepared hydrogels have almost the same surface tension at the application temperature of 37 ° C. In the next phase of the experimental part, fiber layers' production was started using direct current spinning and alternating current spinning. The produced fiber layers were subjected to examining their surface energy to calculate the theoretical contact angles that the prepared hydrogels will grip on them. However, during this investigation, significant differences were found in surface energies' values and thus in the wetting of these produced fiber layers. The results showed that the fibrous layers produced by direct current spinning using a string electrode exhibit hydrophilic behavior, and the fibrous layers produced by alternating current spinning, on the contrary, exhibit hydrophobic behavior. Based on the findings of these differences, part of the work was extended by experiments leading to the explanation of these differences. From the performed measurements, it was found that the orientation of macromolecules causes this difference. In the case of fibrous layers from direct current spinning, there is a higher concentration of oxygen on the fibers' surface than in the case of fibrous layers from alternating current spinning. In the experimental part, the possibility of creating bulky wettable nanofibrous materials was studied, which would be designed to form composite scaffolds in combination with the formed hydrogels. As a result, the material and the process conditions for alternating current spinning were changed. The hydrophilic nanofiber layer from alternating current spinning was prepared using a Trek device and a function generator by changing the alternating voltage frequency.

Keywords

Smáčení, nanovlákna, polykaprolakton, hydrogely, povrchové napětí, povrchová energie

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jiří Chvojka, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Textile Engineering

Doctoral programme / field:
Textile Engineering / Textile Technics and Materials Engineering