Příprava a vlastnosti kompozitních materiálů s potenciálním využitím v medicíně a hygieně

Abstract

Předložená dizertační práce ve formě komentovaného souboru tří tematicky původních vědeckých článků a jednoho užitného vzoru s doprovodným textem je zaměřená na originální způsob přípravy polymerních kompozitních materiálů s antibakteriálními mikro- a nano-formami částicových plniv imobilizovaných na povrchu přírodního nosiče. Jako první byla vyvinuta nová originální metoda přípravy hybridních nano a sub-mikro částic, pomocí mikrovlnami usnadněné solvotermální ko-precipitační syntézy. Byla připravena hierarchická nanostrukturovaná hybridní mikroplniva obsahující nanočástice stříbra a submikročástice oxidu zinečnatého imobilizované na povrchu biokompatibilních a biologicky nezávadných nosičů (mikrokrystalické celulózy a dřevní moučky) z důvodů snížení rizika toxicity nanočástic při manipulaci a aplikaci, lepší zpracovatelnosti a redukci množství aktivních složek, ale při současném zachování si důležitých vlastností (velikost a měrný povrch). Morfologie připravených částic byla řízena pomocí přidávaného redukčního a srážecího činidla (hexamethylentetraminu). Pro použitou syntézní metodu byly popsány základní mechanismy a faktory, které ovlivňují proces přípravy produktu. Dále byl sledován vliv druhotného srážení pomocí amoniaku na růst a změnu morfologie nanočástic v souvislosti se změnou (zlepšením) antibakteriálních vlastností kompozitů. Pro zvýšení reaktivnosti povrchu a snadnější imobilizaci nanočástic na povrchu nosiče byl povrch celulózy modifikován působením peroxidu vodíku ještě před samotným syntézním procesem. Pro charakterizaci struktury, složení a morfologie částic byly jako hlavní experimentální metody použity: rentgenová difrakce (XRD), skenovací elektronová mikroskopie (SEM), rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS). Jako modelová matrice kompozitních materiálů pro přípravu antibakteriálních systémů bylo zvoleno medicínské PVC, které je dobře zpracovatelné a proto se jeví jako vhodná matrice, pomocí níž se testovaly a demonstrovaly účinky plniv. Připravená plniva byla zamíchána do taveniny polymeru vždy s obsahem 5 hmotnostních procent. Pro dané připravené kompozitní systémy byla zkoumána relativně slabá adheze plnivo-matrice. Testování případného uvolňování částic plniva do okolí však potvrdilo, že adheze je dostačující. U připravených kompozitních materiálů byla zkoumána povrchová antibakteriální aktivita podle normy ISO 22196:2007 (E) proti E. coli jako representantu gram-negativních bakterií a proti S. aureus jako zástupci gram-pozitivních bakterií, které jsou oba označovány jako nejběžnější původci nosokomiálních infekcí. Dále se u kompozitních materiálů zkoumaly elektrické vlastnosti s ohledem na případnou aplikaci u pacienta, tak aby vyrobený prostředek z tohoto materiálu nežádoucím způsobem neinterferoval s diagnostickými a terapeutickými přístroji požívanými v medicíně. Ve všech případech se tyto obecnější vlastnosti materiálů ukázaly jako vhodné pro případnou medicínskou aplikaci. Významné vodítko objasňující možnou příčinu již dříve pozorované synergie v antibakteriálním působení nanočástic stříbra a sub-mikročástic ZnO popisuje třetí článek, ve kterém jsou rozebrány důkazy objasňující pravou hybridní povahu Ag/ZnO částic (nanostříbro a nano-ZnO vedle sebe, nikoliv doping ZnO stříbrem), dále interakce prekurzorů těchto částic s povrchem substrátu, a poprvé zde byl pomocí XPS pozorován kolektivní povrchový plasmon na sousedních agregovaných Ag nanočáticích.