Tvorba polykaprolaktonových vlákenných struktur technologií meltblown a studium jejich následných aplikací
Loading...
Date
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Disertační práce je koncipována jako komentovaný soubor vědeckých publikací členěný do tří vzájemně navazujících částí. Představuje světově první zveřejněný výzkum zabývající se zpracováním samotného biodegradabilního polykaprolaktonu technologií meltblown do podoby mikrovláken tvořících základní složku unikátního vlákenného kompozitu a následným studiem jeho využití ve vybraných aplikacích.
První část práce popisuje především výzkum vedoucí ke stanovení optimálních procesních podmínek spolu s jejich vlivem na výsledný vlákenný produkt po stránce strukturální, mechanické i chemické. Výsledky ukazují vhodné viskoelastické vlastnosti polykaprolaktonu spolu s jeho chemickou stabilitou, což umožňuje jeho zpracování pomocí technologie meltblown do podoby kompaktní mikrovlákenné vrstvy o vysokém stupni homogenity. Následně je popsán způsob výroby vysoce funkčního kompozitního materiálu ze směsi mikrovláken a nanovláken, kombinující technologii meltblown a elektrické zvlákňování.
Další část práce shrnuje možnosti využití polykaprolaktonových vlákenných struktur v regenerativní medicíně jako tkáňových nosičů především pro kostní aplikace. Experimenty se zaměřují na testování mikro-nanovlákenného kompozitu v porovnání s rozdílnými vlákennými strukturami. Biologické testy in vitro prokazují biokompatibilitu testovaných struktur a jejich schopnost podpořit viabilitu kostních i kmenových buněk. Na základě in vivo testů v podobě implantací do kostního defektu králíka je prokazatelné, že testovaný kompozit je netoxický a dle histologických dat inhibuje růst nové kostní tkáně.
Poslední část se zabývá využitím polykaprolaktonových vlákenných struktur v analytické chemii jako sorbentů pro úpravu vzorků metodou extrakce na tuhé fázi v kapalinových chromatografiích. Mikro-nanovlákenné kompozity jsou porovnávány s konvenčně využívanými nanovlákennými materiály i komerčními sorbenty. Sledován je především vliv technologie zpracování a výsledné struktury vlákenného sorbentu na extrakční vlastnosti, stabilitu v mobilní fázi a opakovatelnost použití. Popsána je funkcionalizace vlákenných sorbentů polyfenoly a možnosti jejich kombinace s 3D tiskem. Výsledky ukazují velmi dobrou stabilitu, nižší spotřebu organických rozpouštědel, zvýšenou extrakční kapacitu a selektivitu v porovnání s běžně používanými nanovlákennými materiály i komerčními sorbenty.
The dissertation is designed as an annotated collection of scientific publications divided into three interrelated parts. It represents the world's first published research dealing with the processing of biodegradable polycaprolactone itself by meltblown technology into microfibres forming the basic component of a unique fibre composite, and the subsequent study of its use in selected applications. The first part describes mainly research leading to the determination of optimal process conditions together with their influence on the resulting fibre product in terms of structural, mechanical and chemical aspects. The results show sufficient viscoelastic properties of the polycaprolactone together with its chemical stability, which allows its processing by meltblown technology into a compact microfibrous layer with a high degree of homogeneity. Subsequently, a method of producing a highly functional composite material from a mixture of microfibers and nanofibers, combining meltblown technology and electric softening, is described. The next section summarizes the possibilities of using polycaprolactone fibre structures in regenerative medicine as tissue carriers, especially for bone applications. Experiments focus on testing the micro-nanofibrous composite against different fibre structures. In vitro tests demonstrate the biocompatibility of the tested structures and their ability to support bone and stem cell viability. Based on in vivo tests in the form of implantation into a rabbit bone defect, the tested composite is shown to be non-toxic and inhibits the growth of new bone tissue according to histological data. The last part deals with the use of polycaprolactone fiber structures in analytical chemistry as sorbents for sample treatment by solid-phase extraction in liquid chromatography. Micro-nanofibrous composites are compared with conventionally used nanofibrous materials and commercial sorbents. In particular, the influence of processing technology and the resulting fiber sorbent structure on the extraction properties, stability in the mobile phase, and repeatability of use is investigated. The functionalization of fiber sorbents with polyphenols and the possibilities of their combination with 3D printing are described. The results show very good stability, lower organic solvent consumption, increased extraction capacity and selectivity compared to commonly used nanofibrous materials and commercial sorbents.
The dissertation is designed as an annotated collection of scientific publications divided into three interrelated parts. It represents the world's first published research dealing with the processing of biodegradable polycaprolactone itself by meltblown technology into microfibres forming the basic component of a unique fibre composite, and the subsequent study of its use in selected applications. The first part describes mainly research leading to the determination of optimal process conditions together with their influence on the resulting fibre product in terms of structural, mechanical and chemical aspects. The results show sufficient viscoelastic properties of the polycaprolactone together with its chemical stability, which allows its processing by meltblown technology into a compact microfibrous layer with a high degree of homogeneity. Subsequently, a method of producing a highly functional composite material from a mixture of microfibers and nanofibers, combining meltblown technology and electric softening, is described. The next section summarizes the possibilities of using polycaprolactone fibre structures in regenerative medicine as tissue carriers, especially for bone applications. Experiments focus on testing the micro-nanofibrous composite against different fibre structures. In vitro tests demonstrate the biocompatibility of the tested structures and their ability to support bone and stem cell viability. Based on in vivo tests in the form of implantation into a rabbit bone defect, the tested composite is shown to be non-toxic and inhibits the growth of new bone tissue according to histological data. The last part deals with the use of polycaprolactone fiber structures in analytical chemistry as sorbents for sample treatment by solid-phase extraction in liquid chromatography. Micro-nanofibrous composites are compared with conventionally used nanofibrous materials and commercial sorbents. In particular, the influence of processing technology and the resulting fiber sorbent structure on the extraction properties, stability in the mobile phase, and repeatability of use is investigated. The functionalization of fiber sorbents with polyphenols and the possibilities of their combination with 3D printing are described. The results show very good stability, lower organic solvent consumption, increased extraction capacity and selectivity compared to commonly used nanofibrous materials and commercial sorbents.
Description
Subject(s)
meltblown, polykaprolakton, biodegradabilní polymer, tkáňové inženýrství, analytická chemie