Effect of graphene oxide preparation method on electrical conductivity and biocompatibility of hybrid particles

Mgr. Markéta Mikuličáková

Master's thesis

Effect of graphene oxide preparation method on electrical conductivity and biocompatility of hybrid particles

Abstract:

Graphene oxide (GO) is a suitable material for the preparation of electrically conductive hybrid particles and nanocomposite materials for biomedical applications. The functionalization of the graphene surface with oxygen-based groups increases the reactivity of the particles, but it also reduces their electrical conductivity. However, modification of the surface through surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP) can produce electrically conductive GO hybrid particles. Four different preparation methods were used to obtain GO in this work - Brodie, Staundemaier, Hummers, and Tours methods - and formed particles were modified and reduced with SI-ATRP. Thus Poly(Methyl Methacrylate) (PMMA) and Poly(2-isopropenyl-2-oxazoline) (PiPOX) were grafted from GO surface to obtain GO-PMMA and GO-PiPox, respectively. The sets of hybrids with varied electrical conductivity were prepared. Different analytical methods were used to characterize GO particles and their hybrids, and their electrical conductivity and the effect on the biocompatibility of hybrid particles were evaluated. It was verified that it is possible to graft PMMA from each type of GO while reducing the GO surface. The cytotoxicity assay showed that the preparation method affects the cytotoxicity of the resulting material. Modification with PiPOX does not significantly change the particles' biocompatibility; these GO hybrid particles could be used for biomedical applications.

Abstract:

Oxid grafenu (GO) je vhodný materiál pro přípravu elektricky vodivých hybridních částic a nanokompozitních materiálů pro biomedicínské aplikace. Zavádění kyslíkových funkčních skupin na povrch grafenu vede k povrchové funkcionalizaci, ale také ke snížení jeho elektrické vodivosti. K získání elektricky vodivých GO hybridních částic je možné využít techniku povrchově iniciované radikálové polymerace s přenosem atomu (SI-ATRP). V této práci byl GO připraven čtyřmi různými metodami (Brodieho, Staundemaierova, Hummersova a Tourova methoda) a následně modifikován a redukován pomocí SI-ATRP. Na povrch jednotlivých typů GO byly roubovány polymethylmethakrylát (PMMA) nebo poly(2-isopropenyl-2-oxazoline) (PiPOX), a tak byly připraveny dva typy GO polymerních hybridních částic, GO-PMMA and GO-PiPox. GO částice a jejich hybridy byly následně charakterizovány spektrálními a tepelnými metodami a nakonec byl zhodnocen vliv způsobu oxidace grafenu na biokompatibilitu a vodivost hybridních částic. Bylo ověřeno, že pomocí SI-ATRP je možné roubovat PMMA z každého typu GO a zároveň redukovat povrch GO. Test cytotoxicity ukázal, že metoda přípravy GO ovlivňuje cytotoxicitu výsledného materiálu. Modifikace pomocí PiPOX výrazně nemění biokompatibilitu částic a tyto GO hybridní částice mohou být použity pro biomedicínské aplikace.

Keywords

oxidace grafenu, SI-ATRP, biokompatibilita, elektrická vodivost GO, GO hybridní částice

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Josef Osička, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Master programme / field:
Biomaterials and Cosmetics / -