Vývoj vrstvených nanovlákenných materiálů s antimikrobiální složkou

Abstract

Tato diplomová práce je zaměřena na vývoj vrstvených nanovlákenných krytů z přírodních biopolymerů. Vrstvené nanovlákenné kryty umožňují kombinování látek, například využití synergie látek a zároveň zabudování analgetika pro zklidnění rány. Látky se z vrstvených krytů postupně uvolňují a potřeba výměny krytí lze tak oddálit. Pro výrobu nanovlákenných krytů byla použita metoda electrospinning a jako výchozí materiály byly použity roztoky polyhydroxybutyrátu a želatiny. Materiály pak byly obohaceny o přírodní antimikrobiální látky (eugenol, tymol, karvakrol, berberin) a antibiotikum (ampicilin). Při návrhu krytu pro medicínské aplikace bylo do nanovláken přidáno také analgetikum (ibuprofen), pro zmírnění bolesti a zklidnění okolí rány. V teoretické části byly charakterizovány jednotlivé aktivní látky, materiály pro přípravu nanovláken a také metody pro přípravu těchto nanomateriálů. Také byly popsány aplikace nanomateriálů v medicíně a kosmetickém průmyslu. Další část popisuje testování bezpečnosti, především testování cytotoxicity. V experimentální části byly charakterizovány vybrané aktivní látky z hlediska antioxidační aktivity a byla optimalizována příprava jednotlivých i vrstvených nanovláken. U jednotlivých nanovláken pak byla stanovena enkapsulační účinnost a také antioxidační aktivita. Na základě těchto stanovení a synergického účinku, který byl ověřen v předchozí a současné diplomové práci, byly vybrány kombinace aktivních látek pro jednotlivé kryty. Kombinované kryty byly připraveny z obou výchozích materiálů s obsahy dvou až tří aktivních látek. Proběhla charakterizace připravených krytů z hlediska postupného uvolňování aktivních látek do modelových prostředí metodou vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HPLC) a také stability krytů během skladování. U kombinovaných krytů byl během skladování také sledován jejich biologický účinek v podobě antioxidační aktivity. Závěrem byla testována bezpečnost připravených krytů na humánních keratinocytech linie HaCaT pomocí MTT testu a také LDH testem.

This diploma thesis focuses on the development of layered nanofibrous dressing made from natural biopolymers. The layered nanofibrous dressing allows for combining substances, for example, exploiting the synergy of substances while incorporating an analgesic to calm the wound. The substances are gradually released from the layered dressing, thereby reducing the frequency of dressing changes. The electrospinning method produced the nanofibrous dressing, with polyhydroxybutyrate and gelatine solutions serving as the base materials. The materials were then enriched with natural antimicrobials (eugenol, thymol, carvacrol, berberine) and an antibiotic (ampicillin). In designing the dressing for medical applications, the analgesic (ibuprofen) was also incorporated into the nanofibers, to relieve pain and calm the wound area. The theoretical part characterizes the selected active substances, materials for the preparation of nanofibers, and methods for the preparation of these nanomaterials. Applications of nanomaterials in medicine and the cosmetic industry were also described. Lastly, it describes safety testing, especially cytotoxicity assay. The experimental part includes the characterization of selected active substances in terms of antioxidant activity and the optimization of preparation for single-layer and multi-layer nanofibers. The encapsulation efficiency and the antioxidant activity of the single-layer nanofibers were then determined. Based on the above determinations and the synergistic effect, verified in the previous and current thesis, combinations of active ingredients for the individual dressing were selected. Combined dressings were prepared from both base materials and contained two to three active substances. The prepared dressing was characterized in terms of the gradual release of active substances into the model environments by high-performance liquid chromatography (HPLC) and also the stability of the dressing during storage. The biological effect of the combined multi-layer dressing was also monitored during storage in the form of antioxidant activity. Finally, the safety of the prepared dressings was tested on human keratinocytes of the HaCaT line using the MTT assay and LDH assay.