Modifikace povrchu materiálů nízkoteplotním plazmatem a plazmatem ošetřenou vodou pro využití v bio-aplikacích

Abstract

Bakteriální infekce představují závažné riziko pro lidi a zvířata po celém světě. V posledních letech roste snaha o vývoj vhodných modelů na bázi různých matric pro lepší pochopení infekčních mechanismů. Předložená diplomová práce se zaměřuje na modifikace povrchu syntetických polymerních materiálů nízkoteplotním plazmatem za účelem jejich využití v biomedicíně. Pro výrobu vzorků byly zvoleny dva typy 3D-tisknitelných pryskyřic – standardní pryskyřice pro stereolitografii a biomedicínská pryskyřice pro stereolitografii. Cílem bylo porovnat tyto materiály a posoudit, zda by původně toxická, ale plazmatem opracovaná pryskyřice mohla sloužit jako alternativa k údajně biokompatibilní, ale cenově méně dostupné pryskyřici. Opracování vzorků bylo realizováno vzdušným plazmatem generovaným dielektrickým bariérovým výbojem a mikrovlnným argonovým plazmatem. Vliv plazmatických úprav na povrch byl hodnocen z hlediska strukturních změn, smáčivosti a cytotoxicity. Dále byla sledována stálost plazmatických úprav po dobu 1 týdne a porovnány dvě metody uchovávání vzorků – na vzduchu a v plazmatem ošetřené vodě. Doplňkově byla provedena analýza kapalných pryskyřic za účelem posouzení vlivu složení na jejich chování před a po plazmatickém opracování. Cytotoxicita výtisků byla hodnocena pomocí bakteriálních testů na Escherichia coli. Výsledkem experimentů bylo zvýšení povrchové energie a hydrofility standardní pryskyřice, zatímco vliv plazmatu na biomedicínskou pryskyřici nebyl výrazný. Test cytotoxicity výluhů ze vzorků neprokázal značně negativní vliv, nicméně je nutné provést další testy s přímou kultivaci buněk na vzorcích. Na základě výsledků této práce lze usuzovat, že „levnější“ pryskyřice může být úspěšně modifikovaná plazmatem pro potenciální využití v biomedicínských aplikacích.Bacterial infections pose a significant risk to both humans and animals. In recent years, the development of suitable models of different materials for better understanding of infectious mechanisms has gained considerable attention. The topic of this master thesis is the surface modification of synthetic polymer materials with cold plasma for biomedical applications. Two types of 3D-printable resins were used to prepare the samples: a standard resin for stereolitography and a biomedical resin for stereolitography. The aim was to compare these two materials and evaluate whether the originally toxic, but plasma-treated, resin could serve as a substitute for the supposedly biocompatible, but more expensive, alternative. Surface modification was performed using air-based dielectric barrier discharge plasma and microwave argon plasma. The effect of plasma modification was evaluated based on structural changes, wettability and cytotoxicity. In addition, the stability of plasma modification was assesed over one week by comparing two sample storage methods – dry storage and storage in plasma-treated water. Furthermore, an analysis of the liquid resins was performed to determine how their chemical composition influences material behaviour before and after plasma treatment. Cytotoxicity of the samples was examined through bacterial tests using Escherichia coli. The experiment demonstrated an increase in surface energy and hydrophilicity for the standard resin, whereas for the biomedical resin the effect was not significant. Cytotoxicity testing of the sample extract did not reveal any meaningful negative effects on bacterial cells, although direct cultivation on the sample surfaces in necessary for a more conclusive evaluation. Based on the results of this work, it can be stated that the „cheaper“ resin could be succesfully modified with cold plasma for potential biomedical application.