Reologické vlastnosti kůže hrají klíčovou roli pro pochopení jejího chování a odpovědi na vnější podnět. Kůže tvořící bariéru mezi vnějším a vnitřním prostředím je denně vystavena mnoha vlivům ovlivňující její integritu a celkový stav. Při studiu mechanických vlastností kůže je nezbytné využívat modely, které přesně popisují komplexní reologické vlastnosti kůže. Tato diplomová práce se zaměřuje na analýzu viskoelastických vlastností kůže a želatinových vzorků o různé koncentraci, které by mohly sloužit jako její model. K modelování dat byly použity jak klasické, tak i frakcionální viskoelastické modely, nicméně frakcionální Maxwellův model se ukázal být nejlepší volbou pro modelování viskoelastických vlastností kůže. Výsledky měření želatinových vzorků ukázaly přechod od viskózního chování k elastickému s rostoucí koncentrací a na základě porovnání dat s prasečí kůží se vzorek 20% želatiny ukázal být prasečí kůži nejblíže svými viskoelastickými vlastnostmi. Nicméně žádný z vzorků plně neodpovídal jejím viskoelastickým vlastnostem. Ačkoli želatina může být slibným modelem nelze pouze pomoci ní zcela zachytit všechny vlastnosti takto komplexní tkáně jakou je kůže.
Anotace v angličtině
The rheological properties of the skin play a crucial role in understanding its behavior and response to external stimuli. The skin, acting as a barrier between the external and internal environment, is exposed daily to various factors that affect its integrity and overall condition. When studying the mechanical properties of the skin, it is necessary to use models that accurately describe its complex rheological properties. This thesis focuses on the analysis of the viscoelastic properties of the skin and gelatin samples with different concentrations, which could serve as a model for the skin. Both classical and fractional viscoelastic models were used for data modeling, but the fractional Maxwell model proved to be the best option for modeling the viscoelastic properties of the skin. The measurement results of the gelatin samples showed a transition from viscous to elastic behavior with increasing concentration, and based on the comparison with pig skin data, the 20% gelatin sample exhibited the closest viscoelastic properties to pig skin. However, none of the samples fully matched its viscoelastic properties. Although gelatin may be a promising model, it alone cannot capture all the properties of such a complex tissue as the skin.
Reologické vlastnosti kůže hrají klíčovou roli pro pochopení jejího chování a odpovědi na vnější podnět. Kůže tvořící bariéru mezi vnějším a vnitřním prostředím je denně vystavena mnoha vlivům ovlivňující její integritu a celkový stav. Při studiu mechanických vlastností kůže je nezbytné využívat modely, které přesně popisují komplexní reologické vlastnosti kůže. Tato diplomová práce se zaměřuje na analýzu viskoelastických vlastností kůže a želatinových vzorků o různé koncentraci, které by mohly sloužit jako její model. K modelování dat byly použity jak klasické, tak i frakcionální viskoelastické modely, nicméně frakcionální Maxwellův model se ukázal být nejlepší volbou pro modelování viskoelastických vlastností kůže. Výsledky měření želatinových vzorků ukázaly přechod od viskózního chování k elastickému s rostoucí koncentrací a na základě porovnání dat s prasečí kůží se vzorek 20% želatiny ukázal být prasečí kůži nejblíže svými viskoelastickými vlastnostmi. Nicméně žádný z vzorků plně neodpovídal jejím viskoelastickým vlastnostem. Ačkoli želatina může být slibným modelem nelze pouze pomoci ní zcela zachytit všechny vlastnosti takto komplexní tkáně jakou je kůže.
Anotace v angličtině
The rheological properties of the skin play a crucial role in understanding its behavior and response to external stimuli. The skin, acting as a barrier between the external and internal environment, is exposed daily to various factors that affect its integrity and overall condition. When studying the mechanical properties of the skin, it is necessary to use models that accurately describe its complex rheological properties. This thesis focuses on the analysis of the viscoelastic properties of the skin and gelatin samples with different concentrations, which could serve as a model for the skin. Both classical and fractional viscoelastic models were used for data modeling, but the fractional Maxwell model proved to be the best option for modeling the viscoelastic properties of the skin. The measurement results of the gelatin samples showed a transition from viscous to elastic behavior with increasing concentration, and based on the comparison with pig skin data, the 20% gelatin sample exhibited the closest viscoelastic properties to pig skin. However, none of the samples fully matched its viscoelastic properties. Although gelatin may be a promising model, it alone cannot capture all the properties of such a complex tissue as the skin.
Mechanika měkkých tkání (vazy, chrupavky, sinoviální tekutina, kůže) principiálně vychází z reologie, která studuje deformaci a tok hmoty způsobený vlivem přiloženého napětí. Zejména pro ně pak platí tvrzení, že v každé látce je obsažena jak pružná, tak viskózní deformace. V rámci diplomové (bakalářské) práce bude studováno reologické a mechanické chování vybraných vzorků biologických tkání či jejich modelů. Data získaná z reologických a tahových zkoušek budou popsána jednoduchými viskoelastickými modely složenými z látek základních (pružná, viskózní).
1. Vypracujte rešerši na dané téma
2. Reologická/mechanická analýza vybraných druhů tkání/ jejich modelů
3. Popis experimentálních dat pomocí vhodných viskoelastických modelů
4. Diskuze/interpretace získaných výsledků a formulace závěrů práce
Zásady pro vypracování
Mechanika měkkých tkání (vazy, chrupavky, sinoviální tekutina, kůže) principiálně vychází z reologie, která studuje deformaci a tok hmoty způsobený vlivem přiloženého napětí. Zejména pro ně pak platí tvrzení, že v každé látce je obsažena jak pružná, tak viskózní deformace. V rámci diplomové (bakalářské) práce bude studováno reologické a mechanické chování vybraných vzorků biologických tkání či jejich modelů. Data získaná z reologických a tahových zkoušek budou popsána jednoduchými viskoelastickými modely složenými z látek základních (pružná, viskózní).
1. Vypracujte rešerši na dané téma
2. Reologická/mechanická analýza vybraných druhů tkání/ jejich modelů
3. Popis experimentálních dat pomocí vhodných viskoelastických modelů
4. Diskuze/interpretace získaných výsledků a formulace závěrů práce
Seznam doporučené literatury
Havránek, A. Úvod do bioreologie. 1. vyd., Karolinum, 2007, ISBN: 978-80-246-1445-8.
Holt, B., et al. Viscoelastic response of human skin to low magnitude physiologically relevant shear. Journal of Biomechanics, 2008, 41(12): 2689-2695.
Oftadeh, R., et al. Biological connective tissues exhibit viscoelastic and poroelastic behavior at different frequency regimes: Application to tendon and skin biophysics. Acta Biomaterialia, 2018,70: 249-259.
Zhang, W., et al. Comparative Analysis of Nonlinear Viscoelastic Models Across Common Biomechanical Experiments, Journal of Elasticity, 2021.
Seznam doporučené literatury
Havránek, A. Úvod do bioreologie. 1. vyd., Karolinum, 2007, ISBN: 978-80-246-1445-8.
Holt, B., et al. Viscoelastic response of human skin to low magnitude physiologically relevant shear. Journal of Biomechanics, 2008, 41(12): 2689-2695.
Oftadeh, R., et al. Biological connective tissues exhibit viscoelastic and poroelastic behavior at different frequency regimes: Application to tendon and skin biophysics. Acta Biomaterialia, 2018,70: 249-259.
Zhang, W., et al. Comparative Analysis of Nonlinear Viscoelastic Models Across Common Biomechanical Experiments, Journal of Elasticity, 2021.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Studentka představila komisi výsledky své diplomové práce. Poté byla komise seznámena s posudky a hodnocením vedoucího a oponenta (hodnocení vedoucího: B – velmi dobře, hodnocení oponenta: B – velmi dobře). V rámci posudků byly studentce položeny následující dotazy oponenta: Ing. Tomáš Plachý, Ph.D. – V práci uvádíte, že připravené želatinové vzorky by mohly následně sloužit jako modelové pro využití při popisu viskoelastických vlastností kůže. Je v současnosti nějaký systém, který se za tímto účelem používá? Pokud ano, tak jaký? ZODPOVĚZEN ZCELA, U frakcionálních modelů je uvedeno několik parametrů (rovnice číslo 8 a 10). Mají tyto parametry i nějaký fyzikální význam (vezmeme-li skutečnost pozorování trendu v jejich hodnotách vzhledem ke koncentracím připravených vzorků (viz Tab. 2))? ZODPOVĚZEN ZCELA, Napadá Vás nějaké vysvětlení, proč vzorky želatiny bez GTA dosahují vyšších hodnot tlakového modulu než vzorky s použitím GTA (Obr. 29)? Případně dalo by se dohledat podobné chování vzorků v literatuře? ZODPOVĚZEN ZCELA.
Poté byla vedena diskuze o diplomové práci, během které byly jednotlivými členy komise položeny následující dotazy: doc. Ing. Jana Sedlaříková, Ph.D. - Na základě čeho byly zvoleny reologické modely a jaký program jste využívali pro vyhodnocení dat? ZODPOVĚZEN ZCELA, doc. Ing. Rahula Janiš, CSc. - Jakým způsobem byl připraven kolagen? ZODPOVĚZEN ZCELA, Proč jste zvolili pro síťování zrovna GTA? ZODPOVĚZEN ZCELA, doc. Ing. Věra Kašpárková, CSc. - Jakým způsobem jsou reologické vlastnosti spojeny s onemocněním kůže? ZODPOVĚZEN ZCELA, Jaký faktor by mohl viskoelasticitu ovlivnit v rámci in vivo? ZODPOVĚZEN ZCELA, doc. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. - Jakou reologickou konfiguraci jste využívala během měření vzorků? ZODPOVĚZEN ZCELA, Při jakých zvětšeních byly pořizovány snímky metodou SEM? ZODPOVĚZEN ZCELA.