Příprava a charakterizace nového vodivého kompozitního hydrogelu

Abstract

Táto bakalárska práca sa zameriava na prípravu a charakterizáciu kompozitných vodivých hydrogélov na báze PEDOT:PSS a PEDOT:DBSA pre bioelektronické aplikácie. Vzorky hydrogélov s rôznymi pomermi týchto polymérov boli pripravené pomocou DBSA ako sieťovacieho činidla, pričom sa sledoval čas tvorby gélu. Vzorky boli charakterizované podľa množstva sušiny a schopnosti rehydratácie. Mechanické a viskoelastické vlastnosti hydrogélov boli hodnotené amplitúdovými oscilačnými a kompresnými reologickými testami a vyhodnotený bol pamäťový a Youngov modul. Morfológia a topológia štruktúr bola preskúmaná pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie. Na porovnanie vodivosti bola využitá merná elektrická vodivosť získaná impedančnou spektroskopiou. Výsledky ukázali, že kompozitné hydrogély v stredných pomeroch dosahujú ideálnu rovnováhu medzi požadovanými vlastnosťami - viskoelastickou pevnosťou, otvorenou morfológiou podporujúcou rast buniek a zvýšenou elektrickou vodivosťou v porovnaní s čistými polymérmi. Zároveň sa ukázalo, že konkrétne požadované vlastnosti pre rôzne aplikácie sa dajú docieliť vhodne zvoleným pomerom týchto polymérov, pretože niektoré vykazujú jasné trendy v závislosti na koncentrácii jedného z polymérov.

This bachelor’s thesis focuses on the preparation and characterization of composite conductive hydrogels based on PEDOT:PSS and PEDOT:DBSA for bioelectronic applications. Hydrogel samples with various ratios of these polymers were synthesized using DBSA as a crosslinking agent, and the gelation time was monitored. The samples were characterized in terms of dry mass content and rehydration capacity. Their mechanical and viscoelastic properties were assessed by oscillatory amplitude and compression rheology tests, from which storage and Young’s moduli were determined. The morphology and surface topology of the hydrogels were examined by scanning electron microscopy. To compare electrical performance, the specific electrical conductivity was measured via impedance spectroscopy. The results demonstrated that composites with intermediate polymer ratios achieve an optimal balance of desired properties—sufficient viscoelastic strength, an open morphology that supports cell growth, and enhanced electrical conductivity compared to the neat polymers. Moreover, it was shown that by adjusting the polymer ratio, one can tailor the hydrogels’ properties for different applications, as some of parameters exhibit a clear trend with respect to polymer concentration.