Vývoj polymerů pokročil natolik, že se staly nejvšestrannějšími materiály moderní doby. Po mnoho let jsou již používány jako náhrady jiných materiálů, jako dřevo a kovy, a to v mnoha běžných aplikacích i pro speciální účely.
Jejich objemové vlastnosti poskytují strukturní celistvost a určují vlastnosti jako pevnost v tahu a houževnatost. Jejich povrchové vlastnosti ovšem pro účely mnoha aplikací často nesplňují požadavky v několika směrech, jako například adheze, smáčivost, barvitelnost, biokompatibilita, potiskovatelnost a třecí nebo bariérové charakteristiky. Proto byly použity metody povrchové modifikace pro vyřešení různých aspektů těchto problémů.
Hlavní cíl této práce spočívá v přínosu pro inovace zdravotnických pomůcek vyrobených z polymerů. Tato práce je zaměřena především do oblasti použití vhodných technik povrchové modifikace za účelem dosažení: 1) zlepšené potiskovatelnosti a barvitelnosti polymerů, 2) antibakteriálních vlastností polymerních povrchů a 3) k získání polymerních povrchů pro adhezi a růst tkáňových buněčných kultur. Tyto studované oblasti mají společné zaměření na fyzikální a chemické interakce s povrchem materiálu, což ovlivňuje antimikrobiální vlastnosti a potisknutelnost stejně jako efektivitu se kterou se buňky mohou vázat k povrchu polymeru. Řešení této problematiky je klíčové pro uplatnění těchto materiálů v různých oblastech biomedicínských aplikací, zejména použití ve zdravotnických prostředcích a pomůckách.
Společným základním tématem souboru publikací předloženého v této práci je modifikace polymerů a tyto modifikované polymery jsou dále studovány především s ohledem na změny jejich povrchových vlastností. Toto zkoumání bylo rozloženo do dvou částí: První část je soustředěna do oblasti modifikace PVC, atelokolagenových folií a polymerních viskózových textilií, dále na hodnocení efektu povrchové úpravy na potiskovatelnost a také na vyhodnocení efektu, jak plasmatická modifikace ovlivňuje růst buněk na povrchu atelokolagenové folie; druhá část práce je věnována modifikaci PVC pomocí genciánové violeti a hodnocení antimikrobiálních účinků tohoto systému.
Jako jeden ze zkoumaných substrátů pro tato studia byl vybrán PVC. Přes otevřené debaty o jeho karcinogenitě je stále hojně používaným biomateriálem s přinejmenším krátkodobým potenciálem růstu spotřeby. Navíc je stále aktivnější snaha vyřešit problémy spojené s vyplavováním změkčovadel, která jsou hlavní nebezpečnou složkou komerčního PVC.
Tedy, v této práci je hlavním cílem studium modifikace PVC pro zlepšení potiskovatelnosti a antibakteriálních vlastností, dále pak modifikace atelokolagenu pro růst a dělení buněk tkáňových kultur a také modifikace viskózových vláken pro úpravu jejich barvitelnosti. Hlavní pozornost je věnována povrchovým vlastnostem těchto materiálů s ohledem na jejich složení, morfologii a hydrofilitu. Získané výsledky poukazují na zlepšenou barvitelnost, potiskovatelnost, buněčnou proliferaci a mikrobiální inhibici s důrazem na aplikovatelnost dosažených zlepšení biomedicinálních materiálových vlastností.
Annotation in English
Polymers have developed to become some of the most versatile materials in modern times. For many years now they have been used to replace other materials such as wood and metal in many daily applications as well as for specialized purposes.
Their bulk properties provide structural integrity and determine properties such as tensile strength. However, for the purpose of many applications, their surface properties often do not meet the demands regarding some characteristics including adhesion, wettability, dyeability, biocompatibility, printability, friction, or barrier characteristics. And, to solve these problems different polymer modification processes have been used to investigate various aspects of these issues.
The main aim of this dissertation is to contribute to the improvement of biomedical materials for application. The specific focus is to use appropriate modification techniques to effect changes in the surface properties of the polymer to achieve improved: 1) printability and dyeability of polymers; 2) antimicrobial properties of polymer surfaces and 3) to obtain an enhanced polymer surface for cell anchor to boost cell proliferation. These issues are related to the physical attachment and adhesion properties of the surface, which influence antimicrobial and printability characteristics as well as the effectiveness with which cells can anchor to the polymer surface. These features are prerequisites in various applications of biomedical materials, including applications in medical devices.
Therefore, the underlying theme of the thesis is modification of polymers, and the modified polymers were investigated mainly for changes in surface characteristics. This was done in two parts. In the first part PVC, atelocollagen film and polymer viscose fabric material were modified using plasma treatment. The effect of the modification on Poly vinyl chloride (PVC) surface printability and viscose fabric dyeability were evaluated. Also, an assessment of how the treatment affected cell proliferation on the atelocollagen film surface was performed. In the second part, PVC was modified with gentian violet and the effect of this modification on microbial inhibition was examined.
Medical grade PVC is one of the polymers chosen for this study. There is a public debate on the potential for its carcinogenicity, at least in rats, but it continues to be extensively used as a biomedical material with projections of possibly even an increased role in that regard, at least in the near future. Also, there are active efforts with varying success to resolve issues of leaching of the plasticizer, the main hazardous part of the PVC polymer.
Therefore, in this dissertation, the modification of PVC for printability and antimicrobial activity, as well as the modification of atelocollagen for cell proliferation, and also modification of viscose fiber material for dyeability, all centered on evaluating surface characteristics such as surface chemistry, morphology and hydrophilicity. The results obtained from the evaluations correlated with improved printability, dyeability, cell proliferation and microbial inhibition, and consequently have potential application in obtaining improved biomedical material properties.
Keywords
Biomedicínské polymery, adheze, povrchová modifikace, plasmatická úprava, antibakteriální vlastnosti
Vývoj polymerů pokročil natolik, že se staly nejvšestrannějšími materiály moderní doby. Po mnoho let jsou již používány jako náhrady jiných materiálů, jako dřevo a kovy, a to v mnoha běžných aplikacích i pro speciální účely.
Jejich objemové vlastnosti poskytují strukturní celistvost a určují vlastnosti jako pevnost v tahu a houževnatost. Jejich povrchové vlastnosti ovšem pro účely mnoha aplikací často nesplňují požadavky v několika směrech, jako například adheze, smáčivost, barvitelnost, biokompatibilita, potiskovatelnost a třecí nebo bariérové charakteristiky. Proto byly použity metody povrchové modifikace pro vyřešení různých aspektů těchto problémů.
Hlavní cíl této práce spočívá v přínosu pro inovace zdravotnických pomůcek vyrobených z polymerů. Tato práce je zaměřena především do oblasti použití vhodných technik povrchové modifikace za účelem dosažení: 1) zlepšené potiskovatelnosti a barvitelnosti polymerů, 2) antibakteriálních vlastností polymerních povrchů a 3) k získání polymerních povrchů pro adhezi a růst tkáňových buněčných kultur. Tyto studované oblasti mají společné zaměření na fyzikální a chemické interakce s povrchem materiálu, což ovlivňuje antimikrobiální vlastnosti a potisknutelnost stejně jako efektivitu se kterou se buňky mohou vázat k povrchu polymeru. Řešení této problematiky je klíčové pro uplatnění těchto materiálů v různých oblastech biomedicínských aplikací, zejména použití ve zdravotnických prostředcích a pomůckách.
Společným základním tématem souboru publikací předloženého v této práci je modifikace polymerů a tyto modifikované polymery jsou dále studovány především s ohledem na změny jejich povrchových vlastností. Toto zkoumání bylo rozloženo do dvou částí: První část je soustředěna do oblasti modifikace PVC, atelokolagenových folií a polymerních viskózových textilií, dále na hodnocení efektu povrchové úpravy na potiskovatelnost a také na vyhodnocení efektu, jak plasmatická modifikace ovlivňuje růst buněk na povrchu atelokolagenové folie; druhá část práce je věnována modifikaci PVC pomocí genciánové violeti a hodnocení antimikrobiálních účinků tohoto systému.
Jako jeden ze zkoumaných substrátů pro tato studia byl vybrán PVC. Přes otevřené debaty o jeho karcinogenitě je stále hojně používaným biomateriálem s přinejmenším krátkodobým potenciálem růstu spotřeby. Navíc je stále aktivnější snaha vyřešit problémy spojené s vyplavováním změkčovadel, která jsou hlavní nebezpečnou složkou komerčního PVC.
Tedy, v této práci je hlavním cílem studium modifikace PVC pro zlepšení potiskovatelnosti a antibakteriálních vlastností, dále pak modifikace atelokolagenu pro růst a dělení buněk tkáňových kultur a také modifikace viskózových vláken pro úpravu jejich barvitelnosti. Hlavní pozornost je věnována povrchovým vlastnostem těchto materiálů s ohledem na jejich složení, morfologii a hydrofilitu. Získané výsledky poukazují na zlepšenou barvitelnost, potiskovatelnost, buněčnou proliferaci a mikrobiální inhibici s důrazem na aplikovatelnost dosažených zlepšení biomedicinálních materiálových vlastností.
Annotation in English
Polymers have developed to become some of the most versatile materials in modern times. For many years now they have been used to replace other materials such as wood and metal in many daily applications as well as for specialized purposes.
Their bulk properties provide structural integrity and determine properties such as tensile strength. However, for the purpose of many applications, their surface properties often do not meet the demands regarding some characteristics including adhesion, wettability, dyeability, biocompatibility, printability, friction, or barrier characteristics. And, to solve these problems different polymer modification processes have been used to investigate various aspects of these issues.
The main aim of this dissertation is to contribute to the improvement of biomedical materials for application. The specific focus is to use appropriate modification techniques to effect changes in the surface properties of the polymer to achieve improved: 1) printability and dyeability of polymers; 2) antimicrobial properties of polymer surfaces and 3) to obtain an enhanced polymer surface for cell anchor to boost cell proliferation. These issues are related to the physical attachment and adhesion properties of the surface, which influence antimicrobial and printability characteristics as well as the effectiveness with which cells can anchor to the polymer surface. These features are prerequisites in various applications of biomedical materials, including applications in medical devices.
Therefore, the underlying theme of the thesis is modification of polymers, and the modified polymers were investigated mainly for changes in surface characteristics. This was done in two parts. In the first part PVC, atelocollagen film and polymer viscose fabric material were modified using plasma treatment. The effect of the modification on Poly vinyl chloride (PVC) surface printability and viscose fabric dyeability were evaluated. Also, an assessment of how the treatment affected cell proliferation on the atelocollagen film surface was performed. In the second part, PVC was modified with gentian violet and the effect of this modification on microbial inhibition was examined.
Medical grade PVC is one of the polymers chosen for this study. There is a public debate on the potential for its carcinogenicity, at least in rats, but it continues to be extensively used as a biomedical material with projections of possibly even an increased role in that regard, at least in the near future. Also, there are active efforts with varying success to resolve issues of leaching of the plasticizer, the main hazardous part of the PVC polymer.
Therefore, in this dissertation, the modification of PVC for printability and antimicrobial activity, as well as the modification of atelocollagen for cell proliferation, and also modification of viscose fiber material for dyeability, all centered on evaluating surface characteristics such as surface chemistry, morphology and hydrophilicity. The results obtained from the evaluations correlated with improved printability, dyeability, cell proliferation and microbial inhibition, and consequently have potential application in obtaining improved biomedical material properties.
Keywords
Biomedicínské polymery, adheze, povrchová modifikace, plasmatická úprava, antibakteriální vlastnosti
