Vznik a osud mikročástic bioplastů v přírodě

Abstract

Tato bakalářská práce se zaměřuje na návrh a provedení experimentu umožňujícího studium vzniku mikro- a nanočástic z biodegradabilních polymerních materiálů ve vodném prostředí. Studované polymery – polyhydroxybutyrát (PHB) a kyselina polymléčná (PLA) – byly vystaveny abiotickému (mechanickému) a biotickému (enzymatickému) namáhání s cílem simulovat podmínky reálné degradace v přírodě. Práce si kladla za cíl vytvořit modelový systém, který by byl schopen reprodukovat uvolňování těchto částic v laboratorních podmínkách a zároveň poskytoval dostatečně charakterizovaný materiál pro další environmentální testování. Navržený experiment zahrnoval přípravu polymerních fólií a jejich vystavení různým degradačním podmínkám s kontrolou pH, enzymatického složení a intenzity třepání. Uvolněné částice byly analyzovány pomocí UV-VIS spektroskopie, dynamického rozptylu světla (DLS) a polymerní folie před a po degradaci byly foceny na skenovacím elektronovém mikroskopu (SEM). Výsledky prokázaly, že i čistě mechanické namáhání vede k významnému uvolnění částic, přičemž jejich velikostní rozložení a koncentrace závisí na typu polymeru, pH prostředí a způsobu zatížení. Enzymatické působení (proteáza a lipáza) pak v některých případech proces výrazně urychlilo. Vyvinutý experiment se ukázal jako efektivní nástroj pro laboratorní produkci disperzí bioplastových mikročástic. Tato práce tak poskytuje základní rámec pro jejich další využití v testech ekotoxicity a přispívá k lepšímu pochopení environmentálního chování biodegradabilních materiálů.

This bachelor thesis focuses on the design and implementation of an experiment enabling the study of micro- and nanoparticle formation from biodegradable polymeric materials in aqueous environments. The investigated polymers – polyhydroxybutyrate (PHB) and polylactic acid (PLA) – were subjected to abiotic (mechanical) and biotic (enzymatic) stress to simulate realistic degradation conditions found in nature. The aim was to create a model system capable of reproducibly generating such particles under laboratory conditions while also providing sufficiently characterized material for further environmental testing. The proposed experimental setup included the preparation of polymer films and their exposure to various degradation conditions with controlled pH, enzymatic composition, and shaking intensity. The released particles were analyzed using UV-VIS spectroscopy and dynamic light scattering (DLS), while the polymer films before and after degradation were imaged using scanning electron microscopy (SEM). The results demonstrated that even purely mechanical stress led to significant particle release, with their size distribution and concentration depending on the type of polymer, environmental pH, and the applied stress. Enzymatic activity (protease and lipase) further accelerated the process in some cases. The developed experimental method proved to be an effective tool for the laboratory-scale production of bioplastic microparticle dispersions. This work thus provides a foundational framework for their further use in ecotoxicity testing and contributes to a better understanding of the environmental behavior of biodegradable materials.