Polyethylenglykolové hydrogely s gradientovou strukturou

Abstract

Tato bakalářská práce je zaměřena na optimalizaci přípravy hydrogelů na bázi PEG (poly(ethylenglykol)) s gradientovou strukturou a jejich následnou charakterizací vhodnými instrumentálními technikami s ohledem především na prokázání gradientu mechanických vlastností. Při přípravě hydrogelů byla použita metoda UV fotopolymerizace za použití fotoiniciátoru s cíleným řízením expozice za pomoci clony, přičemž délka osvitu se v jednotlivých částech lišila. To umožnilo vytvořit materiály s rozdílným stupněm zesítění v různých oblastech struktury. Experimentální část byla zahájena přípravou vzorků s uniformní strukturou za účelem optimalizace doby osvitu při fotopolymerizaci, na kterou následně navázala příprava hydrogelů s gradientem zesítění. Hodnocení vzorků zahrnovalo měření viskoelastických vlastností pomocí metody oscilační reometrie, stanovení obsahu pevného podílu ve vzorcích hydrogelů (sušiny), botnací testy (v podobě resorpce disperzního prostředí) a sledování transportních vlastností na základě difúze barviva Rhodaminu 6G. Prostřednictvím reologických měření byly prokázány rozdíly v mechanických vlastnostech mezi jednotlivými částmi gradientových hydrogelů, kdy delší doba osvitu vedla ke zvýšení komplexního modulu. Stanovení sušiny jednoznačně gradient nepotvrdilo, avšak botnací testy prokázaly rozdíly ve schopnosti jednotlivých částí gradientových hydrogelů absorbovat vodu, což souvisí s proměnnou hustotou polymerní sítě. Difúzní experimenty rovněž nepřinesly jasné důkazy o přítomnosti gradientové struktury. Výsledky této práce ukazují, že řízenou UV fotopolymerizací lze připravit hydrogely s rozdílnými vlastnostmi v rámci struktury, které jsou perspektivní zejména v oblasti tkáňového inženýrství a systémů řízeného uvolňování aktivních látek.

This bachelor thesis focuses on optimizing the preparation of poly(ethylene glycol)-based hydrogels with gradient structure and their subsequent characterization by suitable instrumental techniques, with particular reference to the demonstration of gradient mechanical properties. The hydrogels were prepared by UV photopolymerization using a photoinitiator with targeted exposure control using an aperture, and the length of illumination varied from section to section. This allowed the creation of materials with different degrees of cross-linking in different structure regions. The experimental part started with the preparation of samples with a uniform structure to optimize the illumination time during photopolymerization, followed by the preparation of hydrogels with a gradient of cross-linking. Evaluation of the samples included measurement of viscoelastic properties by oscillatory rheometry, determination of the solid content of the hydrogel samples (dry weight), swelling tests (in the form of resorption of the dispersion medium), and monitoring of transport properties based on diffusion of the dye Rhodamine 6G. Differences in mechanical properties between the gradient hydrogels were demonstrated through rheological measurements, with longer illumination times leading to an increase in complex modulus. Dry weight determination did not confirm the gradient, but swelling tests showed differences in the ability of the different parts of the gradient hydrogels to absorb water, which is related to the variable density of the polymer network. Diffusion experiments also did not provide clear evidence for the presence of a gradient structure. The results of this work show that controlled UV photopolymerization can prepare hydrogels with different properties within the structure, which are particularly promising in the field of tissue engineering and controlled release systems for active agents.