Wound healing hydrogel based on natural substrances

Jakub Zágora

Disertační práce

Anotace:

V této práci byly navrženy a syntetizovány multifunkční polymerní hydrogely kombinující biologicky odbouratelnou polyesterovou kostru na bázi glycerolu, divinyladipátu a xylitolu s bioinspirovaným síťovacím systémem tvořeným komplexy polydopamin-polyethylenimin (PDA-PEI). Strukturní charakterizace pomocí NMR a FTIR spektroskopie potvrdila úspěšné začlenění benzaldehydem modifikovaných jednotek a vznik kovalentních i supramolekulárních interakcí odpovědných za stabilitu polymerní sítě. Experimenty bobtnání odhalily jednoznačnou závislost absorpce vody a rozměrové stability na koncentraci síťovadla. Vyšší obsah PDA-PEI vedl k tvorbě hustších a stabilnějších sítí, zatímco nižší koncentrace zajišťovaly vyšší bobtnavostní kapacitu. Antioxidační testy využívající radikál DPPH (2,2-difenyl-1-pikrylhydrazyl) prokázaly souvislost mezi obsahem síťovadla a schopností zachycovat volné radikály, k níž přispívají katecholové a aminové skupiny PDA-PEI. Antibakteriální hodnocení potvrdilo širokospektrální účinnost vůči grampozitivním i gramnegativním bakteriím, včetně Escherichia coli, Staphylococcus aureus a Pseudomonas aeruginosa. Souhrnně tyto výsledky ukazují, že vyvinuté polyestery zesítěné pomocí PDA-PEI tvoří robustní, bioaktivní hydrogelové systémy s laditelnými fyzikálně-chemickými a biologickými vlastnostmi. Jejich kombinovaný antioxidační a antimikrobiální účinek spolu s dobrou stabilitou při bobtnání z nich činí slibné kandidáty pro biomedicínské aplikace, jako jsou hojení ran, tkáňové inženýrství a systémy pro řízené uvolňování léčiv.

Abstract:

In this study, a series of multifunctional polymeric hydrogels was designed and synthesized by combining a biodegradable polyester backbone based on glycerol, divinyl adipate, and xylitol with a bioinspired crosslinking system composed of polydopamine–polyethylenimine (PDA–PEI) complexes. Structural characterization by NMR and FTIR spectroscopy confirmed the successful incorporation of benzaldehyde-modified units and the formation of covalent and supramolecular bonds responsible for the stability of the polymer network. Swelling experiments revealed a clear dependence of water uptake and dimensional stability on the crosslinker concentration. Higher PDA–PEI contents led to denser and more stable networks, while lower levels provided higher swelling capacity. Antioxidant tests using DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) radical demonstrated a strong correlation between crosslinker content and radical scavenging activity, attributed to the catechol and amine functionalities of PDA–PEI. Antibacterial evaluations confirmed broad-spectrum efficacy against both Gram-positive and Gram-negative bacteria, including Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Pseudomonas aeruginosa. The combined results demonstrate that the developed PDA–PEI-crosslinked polyesters form robust, bioactive hydrogel systems with tuneable physicochemical and biological properties. Their simultaneous antioxidant and antimicrobial performance, along with good swelling stability, make them promising candidates for biomedical applications such as wound healing, tissue scaffolds, and controlled drug release systems.

Klíčová slova

bioinspirované polymerní materiály, biologicky odbouratelná polyesterová síť, multifunkční hydrogel, antioxidační aktivita, antibakteriální účinnost, chemie zesíťování, biomedicínské aplikace

Keywords

bioinspired polymeric materials, biodegradable polyester network, multifunctional hydrogel, antioxidant activity, antibacterial efficiency, crosslinking chemistry, biomedical applications

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 6. 3. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 15. 6. 2026
• Vedoucí: Daniela Plachá
• Oponent: Josef Jampílek, Ivo Kuřitka, Kristina Čabanová

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Doktorský studijní program:
Nanotechnologie