Vývoj polymerních nanovlákenných materiálů pro integraci do mikrofluidních platforem typu organ-on-a-chip

Bc. Roman Janků

Master's thesis

Development of polymer nanofibrous materials for integration into organ-on-a-chip microfluidic platforms

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá vývojem polymerních nanovlákenných vrstev pro integraci do polydimethylsiloxan (PDMS) mikrofluidních platforem typu organ-on-a-chip. Nanovlákenné vrstvy z poly(-kaprolaktonu) (PCL), polydioxanonu (PDX), polyvinylalkoholu (PVA) a polyvinylbutyralu (PVB) byly připraveny metodou elektrostatického zvlákňování a hodnoceny z hlediska morfologie, smáčivosti, tloušťky, mechanické soudržnosti a cytokompatibility s buňkami myší embryonální fibroblastová buněčná linie (NIH/3T3). Jako nejperspektivnější materiály byly vyhodnoceny PCL a PDX, které vytvořily porézní vlákenné struktury schopné napodobit členité mikroprostředí extracelulární matrix. Přímá depozice nanovláken na PDMS čip se ukázala jako výhodnější než dodatečné lepení vrstev, zejména z hlediska mechanické soudržnosti čipu a buněčné odezvy. Nejvyšší celkovou mechanickou stabilitu vykazovala varianta s polydioxanonovými nanovlákny zvlákněnými přímo na PDMS mikrofluidní čip (PDX N), zatímco PCL poskytoval dobře čitelnou morfologickou a buněčnou odpověď. Skenovací elektronová mikroskopie (SEM) a fluorescenční mikroskopie potvrdily, že nanovlákenné vrstvy PCL a PDX podporují adhezi, rozprostření a interakci fibroblastů s vlákenným substrátem. Výsledky práce ukazují, že integrace poly-merních nanovláken do PDMS mikrofluidních čipů představuje perspektivní cestu k tvorbě biomimetičtějších rozhraní pro budoucí organ-on-a-chip systémy.

Abstract:

This diploma thesis focuses on the development of polymer nanofibrous layers for integration into polydimethylsiloxane microfluidic organ-on-a-chip platforms. Nanofibrous layers based on poly(-caprolactone), polydioxanone, polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral were prepared by electrospinning and evaluated in terms of morphology, wettability, thickness, mechanical cohesion and cytocompatibility with NIH/3T3 fibroblasts. Poly(-caprolactone) and polydioxanone were identified as the most promising materials, as they formed porous fibrous structures capable of mimicking the complex microenvironment of the extracellular matrix. Direct deposition of nanofibers onto the polydimethylsiloxane chip proved more advantageous than se-condary bonding of pre-prepared layers, particularly in terms of chip mechanical cohesion and cellular response. The highest overall mechanical stability was observed for directly deposited polydioxanone, while poly(-caprolactone) provided a clearly interpretable morphological and cellular response. Scanning electron microscopy and fluorescence microscopy confirmed that poly(-caprolactone) and polydioxanone nanofibrous layers support the adhesion, spreading and interaction of fibroblasts with the fibrous substrate. The results demonstrate that integrating polymer nanofibers into polydimethylsiloxane microfluidic chips represents a promising route toward more biomimetic interfaces for future organ-on-a-chip systems.

Keywords

organ-on-a-chip, mikrofluidika, nanovlákna, elektrostatické zvlákňování, polydimethylsiloxan, poly(-kaprolakton), polydioxanon, biomimetický scaffold, myší embryonální fibroblastová buněčná linie NIH/3T3, cytokompatibilita

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 5. 2026

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Markéta Hujerová, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Master programme / field:
Nanotechnology / Nanotechnologie