Charakterizace porézních systémů na bázi biopolymerů pomocí rentgenové tomografie

Bc. Filip Mikulka

Master's thesis

Characterization of Biopolymers Porous Systems Using X-ray Tomography

Anotácia:

Tato diplomová práce se zabývá 3D tiskem biomateriálů na bázi želatiny, síťované pomocí Schiffových bází. Připravené materiálové sady se liší typem želatiny (hovězí a králičí), poměrem želatiny a oxidovaného dextranu (1 ku 1, 2 ku 1, 3 ku 1), počtem natisknutých vrstev (1, 3, 5) a typem aktivačního činidla (NH3, TEA). Cílem této práce bylo posouzení vlivu přípravy materiálu a tiskových podmínek na výslednou porozitu vzorků (počet, velikost, objem pórů) pomocí metody SEM a CT. Tiskový materiál na bázi želatiny představuje slibný materiál pro přípravu matrice pro implementaci kmenových buněk in vivo. Její velkou nevýhodou je rozpustnost ve vodě a slabá mechanická stabilita, znemožňující její použití v 3D tisku, jehož řešení spočívá v dodatečné síťování. Proces síťování však v mnoha případech může vést k nárůstu cytotoxicity. Tento problém lze vyřešit síťováním pomocí Schiffových bází. Výsledky této diplomové práce potvrdily, že celková porozita materiálů na bázi želatiny, se liší v závislosti na původu želatiny, počtu tiskových vrstev, použitém poměru želatiny k oxidovanému dextranu a typu aktivačního činidla. Připravený materiál, tak představuje velký potenciál v přípravě bioinku, především díky jeho biokompatibilitě, nízké toxicitě, i možnosti jeho použití při 3D tisku různých struktur.

Abstract:

This diploma thesis deals with 3D printing of biomaterials based on gelatin, crosslinked using Schiff bases. The prepared material differs in type of gelatin (bovine and rabbit), ratio between gelatin and oxidized dextran (1 to 1, 2 to 1, 3 to 1), number of printed layers (1, 3, 5) and type of activating agent (NH3, TEA). The aim of this work was to assess the influence of material preparation and printing conditions on the resulting porosity of samples (number, size, total volume of pores) using SEM (scanning electron microscopy) and CT (computed tomography). The gelatin-based printing material is a promising material matrix for implementation of stem cells in vivo. A great disadvantage is its solubility in water and poor mechanical stability, which makes it impossible to be used in 3D printing. The solution to this problem lies in additional cross-linking. However, the cross-linking process can in many cases lead to an increase of cytotoxicity. This situation can be solved by cross-linking using Schiff bases. The results of this thesis confirmed, that the overall porosity of gelatin-based materials depends on the source of gelatin, the number of printing layers, the ratio of gelatin and oxidized dextran and the type of activating agent. Prepared material shows a great potential in preparation of bioink, mainly due to its biocompatibility, low toxicity, and the possibility to use it in 3D printing of various structures.

Kľúčové slová

Porozita, 3D tisk, Biomateriály, Želatina, Síťování

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 14. 5. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 10. 6. 2021

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Master programme / odbor:
Chemistry and Materials Technology / Materials Engineering