Využití 3D tisku k přípravě hydrogelových systémů

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá využitím 3D tisku k přípravě hydrogelových systémů. Hlavním cílem bylo seznámit se s tématem 3D tisku hydrogelů, jakožto úplně novou metodu přípravy hydrogelů na FCH VUT, a navrhnout pilotní experimenty vedoucí k jejich přípravě na RepRap (Replicating Rapid Prototyper) 3D tiskárně. Zaměřuje se především na využití přírodních polymerů a iontové gelace. Experimentálně byly optimalizovány metody pro vnitřní a vnější síťování alginátového hydrogelu, a spolu s nimi optimalizovány parametry tisku. Ve vytištěném vzorku bylo gravimetrickým sušením zpětně provedeno zjištění koncentrace biopolymeru. Tato kalibrační křivka umožnila vyhodnotit efektivitu směšování složek ve směšovači a odhalit nedostatky metodiky. Výsledky ukázaly, že tiskový proces je výrazně ovlivněn rozdílnou viskozitou jednotlivých složek a konstrukčním řešením směšovače, což vedlo k nerovnoměrnému promíchání. Přes tyto komplikace se podařilo navrhnout funkční tiskový protokol, který umožňuje reprodukovatelný tisk základních hydrogelových struktur. V závěru práce jsou diskutovány možnosti dalšího vývoje systému, včetně potenciálu pro tisk gelů s koncentračními gradienty.

This bachelor's thesis explores the use of 3D printing for the preparation of hydrogel systems. The main objective was to gain familiarity with the topic of hydrogel 3D printing as a brand-new preparation method at FCH VUT and to design pilot experiments for their preparation using a RepRap (Replicating Rapid Prototyper) 3D printer. The work focuses primarily on the application of natural polymers and ionotropic gelation. Experimentally, methods for both internal and external crosslinking of alginate hydrogels were optimized, along with the corresponding printing parameters. In the printed samples, the actual polymer concentration was retrospectively determined through gravimetric drying. The resulting calibration curve enabled the evaluation of the efficiency of component mixing in the mixer and helped identify methodological shortcomings. The findings showed that the printing process is significantly influenced by the viscosity differences between the individual components and by the structural design of the mixing system, which led to uneven blending. Despite these complications, a functional printing protocol was successfully developed, enabling the reproducible printing of basic hydrogel structures. The thesis concludes by discussing possibilities for further development of the system, including the potential for printing hydrogels with concentration gradients.