Dyplom inżynierski – Technologia Chemiczna (2017/18)

Kierująca pracą: dr inż. Agnieszka Gadomska-Gajadhur
Opiekun naukowy: mgr inż Aleksandra Kruk

Otrzymywanie i zbadanie właściwości użytkowych skafoldów polilaktydowych

Praca dyplomowa dotyczyć będzie: otrzymywania i badania właściwości użytkowych polimerowych rusztowań komórkowych. Rusztowania komórkowe, nazywane także skafoldami (ang. Scaffolds – rusztowania) są nowoczesnym narzędziem inżynierii tkankowej, które powstało w wyniku poszukiwania alternatywnych metod leczenia uszkodzonych i trudno odnawiających się tkanek. Są one trójwymiarowymi podłożami komórkowymi, wykorzystywanymi jako implanty wspomagające regenerację uszkodzonych tkanek.

Do wytwarzania skafoldów stosuje się zwykle polimery biodegradowalne, zarówno naturalne jak i syntetyczne. Wśród tych ostatnich jednym z najbardziej popularnych jest polilaktyd (PLA), Polimer ten charakteryzuje się biozgodnością oraz biodegradowalnością – ulega rozkładowi do nietoksycznych produktów (CO2 i H2O), które są z łatwością wydalane z organizmu.

Rusztowania komórkowe, aby prawidłowo spełniały swoją funkcję muszą być ściśle dopasowane do hodowli określonego typu komórek. Dotyczy to przede wszystkim wielkości i kształtu porów oraz odpowiednich właściwości mechanicznych. Z tej przyczyny, projektując rusztowanie należy właściwie dobrać materiał budujący skafold oraz metodę otrzymywania.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Zbadanie wpływu rodzaju i ilości klasycznych prekurosorów porów na ich właściwości użytkowe
  2. Optymalizacja procesu otrzymywania skafoldów z wykorzystaniem matematycznych metod planowania doświadczeń
  3. Badanie morfologii otrzymanych skafoldów (skaningowa mikroskopia elektronowa) oraz ich właściwości mechanicznych (próby rozciągania)
  4. Charakterystyka otrzymanych skafoldów z wykorzystaniem wybranych metod analitycznych

Otrzymywanie skafoldów z poli-ε-kaprolaktonu metodą mokrej inwersji faz

Praca dyplomowa dotyczyć będzie: otrzymywania biodegradowalnych rusztowań komórkowych metodą mokrej inwersji faz. Rusztowania, nazywane także skafoldami (ang. Scaffolds) są trójwymiarowymi podłożami służącymi do hodowli komórkowych. Jako nowoczesne narzędzie inżynierii tkankowej, są one stosowane jako implanty wspomagające regenerację uszkodzonych i trudno odnawiających się tkanek.

Do wytwarzania skafoldów stosuje się zwykle polimery biodegradowalne, zarówno naturalne jak i syntetyczne. Wśród tych ostatnich najbardziej popularne są poliestry biodegradowalne tj. polilaktyd (PLA), poli-ε-kaproalkton (PCL) oraz poliglikolid (PGA). Polimery te są biozgodne oraz biodegradowalne – ulegają rozkładowi do nietoksycznych produktów (CO2 i H2O), które są z łatwością wydalane z organizmu.

Rusztowania komórkowe otrzymuje się wieloma metodami. Najpopularniejsze z nich to: elektroprzędzenie, spienianie gazem, selektywne spiekanie laserowe, druk 3D oraz inwersja faz. Ostatnia z wymienionych technik charakteryzuje się łatwością i prostotą wykonania. Dodatkowo, występuje w kilku wariantach, co stwarza możliwość otrzymania rusztowań o pożądanej morfologii porów.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Określenie wpływu klasycznych prekursorów porów na morfologię rusztowań
  2. Wybór odpowiedniego prekursora/prekursorów porów
  3. Optymalizacja procesu otrzymywania skafoldów z wykorzystaniem matematycznych metod planowania doświadczeń
  4. Badanie morfologii otrzymanych skafoldów (skaningowa mikroskopia elektronowa) oraz ich właściwości mechanicznych (próby rozciągania)
  5. Badanie szybkości degradacji rusztowań.

Kierujący pracą: dr hab. inż. Dominik Jańczewski, prof. PW
Opiekun naukowy: mgr inż. Rafał Kopiasz

Synteza przeciwbakteryjnych polimerów kationowych o zdefiniowanej liczbie merów

Praca dyplomowa dotyczyć będzie:

Obecnie znane i stosowane antybiotyki stają się nieskuteczne w walce z infekcjami bakteryjnymi. Bakterie ze względu na częstość podziałów komórkowych oraz możliwość wymiany między sobą materiału genetycznego w postaci plazmidu potrafią niezwykle szybko uodparniać się na działanie związków biobójczych. Obiecującą nową klasą molekuł biobójczych są kationowe, amfifilowe polimery imitujące naturalne peptydy przeciwbakteryjne. Obecnie wiadomo jest, iż polimery te oddziałują z błoną komórkową prowadząc do jej destabilizacji i dezintegracji co ostatecznie powoduje wyciek substancji niskocząsteczkowych na zewnątrz komórki prowadząc do jej śmierci. Większość badań opisanych w literaturze zostało przeprowadzonych na kopolimerach statystycznych – tj. mieszaninach polimerów różniących się masą molową oraz zawierających w swojej strukturze grupy funkcyjne rozmieszczone w sposób losowy wzdłuż łańcucha głównego, co znacznie utrudnia interpretację otrzymanych wyników. Z tego powodu zbadanie właściwości biologicznych polimerów (lub oligomerów) o ścisłe zdefiniowanej masie molowej oraz strukturze wydaje się być niezwykle interesujące.

Celem tego projektu badawczego będzie synteza amfifilowych, kationowych oligomerów o ściśle określonej strukturze oraz masie molowej, wykorzystując metodę stopniowego przyłączania kolejnych merów.

Praca będzie wykonywana w ramach projektu PoCoDi http://lpt.ch.pw.edu.pl/pocodi/

Proponowana praca obejmuje:

  1. Badania literaturowe.
  2. Syntezę kationowych oligomerów o dużej gęstości ładunku dodatniego w łańcuchu głównym.
  3. Charakteryzacja otrzymanych związków

Kierujący pracą: dr hab. inż. Dominik Jańczewski, prof. PW
Opiekun naukowy: dr n. med. Agnieszka Napiórkowska
 /Instytut Gruźlicy i Chorób Płuc, Warszawa/

Materiały polimerowe do walki z prątkami gruźlicy

Praca dyplomowa dotyczyć będzie:

Amfifilowe polikationy wchodzące w interakcje z membraną komórkową są polimerami, które znajdują zastosowanie zarówno jako materiały antybakteryjne, jak i syntetyczne wektory do transportu kwasów nukleinowych. Ponieważ antybakteryjny mechanizm działania tych materiałów bazuje na bezpośrednim niszczeniu membrany komórkowej, polimery te typowo nie są aktywne w szlakach metabolicznych bakterii. Dzięki temu bakterie maja utrudnioną drogę w nabyciu oporności na te związki w porównaniu z tradycyjnymi antybiotykami. Organizmami, które sprawiają współczesnej medycynie wyjątkowo dużo problemów są prątki z rodziny Mycobacterium odpowiedzialne za takie trudne do leczenia choroby jak gruźlica czy trąd.

Celem tego projektu inżynierskiego będzie określenie właściwości badania mikrobiologiczne prowadzone nad wybranymi polikationami otrzymanymi już w naszym zespole oraz porównanie ich właściwości z modelowymi organizmami (np. E. Coli, S. Aureus) oraz wybranymi szczepami prątków. Badania mikrobiologiczne będą przez studenta wykonywane we współpracy z Instytutem Gruźlicy i Chorób Płuc w Warszawie.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Rozeznanie literaturowe
  2. Badania właściwości fizykochemicznych wybranej biblioteki związków
  3. Badania mikrobiologiczne właściwości biblioteki polimerów z użyciem modelowych organizmów testowych prowadzone we współpracy z Instytutem Gruźlicy i Chorób Płuc w Warszawie

Kierujący pracą: dr inż. Paweł Ruśkowski
Opiekun naukowy: mgr inż. Monika Budnicka

Otrzymywanie porowatych substytutów kości gąbczastej

Praca dyplomowa dotyczyć będzie: otrzymywania trójwymiarowych porowatych implantów kostnych wykonanych z polilaktydu.

Defekty kości, które osiągnęły stan „krytyczny” nie leczą się samoistnie. Najczęściej w celu zapoczątkowania leczenia się takich defektów stosuje się przeszczepy autogeniczne. Chociaż wspomniane leczenie jest standardem w chirurgii ortopedycznej, niesie ono ze sobą ryzyko zakażenia miejsca przeszczepu, krwotoku, uszkodzenia nerwów. Stąd istnieje potrzeba nowych substytutów kości, które będą promotorami ich regeneracji. Ważną pozycję wśród materiałów stosowanych do regeneracji kości zajmują polimery resorbowalne jak poliestry alifatyczne. Implanty wykonane z takich polimerów w organizmie żywym degradują do nietoksycznych produktów (CO2 i H2O) i są stopniowo zastępowane przez kość gospodarza. Polimery te zastosowano z pozytywnym rezultatem nie tylko w badaniach przedklinicznych na zwierzętach, lecz również w badaniach klinicznych na ludziach.

Wśród metod wytwarzania porowatych implantów kostnych można wymienić inwersję faz połączoną w wypłukiwaniem cząsteczek soli, termiczną inwersję faz, metodę emulsyjną z liofilizacją, spienianie gazem czy techniki szybkiego prototypowania jak drukowanie 3D.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Wybór i porównanie metod otrzymywania porowatych implantów kostnych
  2. Charakterystykę otrzymanych implantów z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej
  3. Opracowanie metody badania biomineralizacji otrzymanych implantów

Kierujący pracą: dr inż. Paweł Ruśkowski

Optymalizacja otrzymywania poli(sebacynianiu glicerolu)

Praca dyplomowa dotyczyć będzie: optymalizacji otrzymywania poli(sebacynianu glicerolu).

Inżynieria tkankowa jest interdyscyplinarną nauką łączącą wiedzę z zakresu nauk biologicznych, chemicznych, technicznych oraz inżynierii materiałowej. Jej głównym zadaniem jest poszukiwanie alternatywnych rozwiązań, pozwalających na szybką i wydajną regenerację uszkodzonych tkanek. Tradycyjne metody opierające się głównie na przeszczepach i transplantacjach niosą odrzucenia przeszczepu oraz możliwości wystąpienia infekcji i innych powikłań. Z tego względu poszukiwano nowych rozwiązań. W ten sposób, jednym z głównych zainteresowań inżynierii tkankowej stały się rusztowania komórkowe. Ich głównym zadaniem jest naśladowanie funkcji naturalnej macierzy zewnątrzkomórkowej (ang. ECM – extracellular matrix), która zapewnia miejsca przyczepu komórek oraz spajanie tkanek.

Nowoczesnym trendem w regeneracji uszkodzonych tkanek jest całkowite pominięcie hodowli komórkowej i stworzenie bezkomórkowego syntetycznego przeszczepu. Do tego celu wykorzystuje się szybko resorbowany przez organizm poli(sebacynian glicerolu) – PGS.

Poli(sebacynan glicerolu) jest poliestrem otrzymywanym w dwuetapowej syntezie z kwasu sebacynowego i glicerolu. W pierwszym etapie następuje wytworzenie prepolimeru poli(sebacynianu glicerolu), w drugim jego usieciowane.

 Proponowana praca obejmuje:

  1. Wybór i porównanie metod syntezy poli(sebacynianu glicerolu)
  2. Optymalizację otrzymywania PGS z wykorzystaniem matematycznych metod planowania eksperymentów
  3. Opracowanie procedury laboratoryjnej

Otrzymywanie poli(D,L-laktydu) z wykorzystaniem katalizatorów biozgodnych

Praca dyplomowa dotyczyć będzie: Otrzymywania poli(D,L-laktydu) z L,L-dilaktydu z zastosowaniem katalizatorów akceptowanych w medycynie.

Polilaktyd (PLA) jest biodegradowlanym poliestrem alifatycznym, wytwarzanym z surowców odnawialnych i ulegającym degradacji do nietoksycznych produktów. Stale trwają badania nad wykorzystaniem PLA w inżynierii tkankowej, ortopedii oraz w inteligentnych systemach dostarczania leków. Zawartość centrów D w PLA wpływa na czas degradacji oraz właściwości mechaniczne polimeru. Wraz ze wzrostem zawartości centrów D skraca się czas degradacji, ale otrzymany materiał  ma słabsze właściwości mechaniczne.

 Proponowana praca obejmuje:

  1. Synteza polilaktydu z wykorzystaniem katalizatorów biozgodnych
  2. Badania optymalizacyjne syntezy PDLLA z wykorzystaniem matematycznych metod optymalizacji
  3. Opracowanie procedury laboratoryjnej wytwarzania PDLLA

Kierujący pracą: prof. dr hab. inż. Ludwik Synoradzki
Opiekun naukowy: mgr inż. Agnieszka Sobiecka

Nowa metoda otrzymywania bursztynowych surowców kosmetycznych

Praca dyplomowa dotyczyć będzie badania nowego sposobu ekstrakcji oraz właściwości ekstraktów kosmetycznych bursztynu bałtyckiego.

Bursztyn bałtycki (sukcynit) jest naturalną żywicą kopalną. Ze względu na przypisywane mu właściwości lecznicze i pielęgnacyjne wykorzystywany jest do wytwarzania produktów farmaceutycznych i kosmetycznych o potencjalnym działaniu biologicznym.

W Laboratorium Procesów Technologicznych (LPT) od kilku lat prowadzone są prace przybliżające skład i strukturę oraz właściwości biologiczne bursztynu bałtyckiego w celu wykorzystania go jako surowca do produkcji różnych kosmetyków o potwierdzonym działaniu.

Celem pracy będzie opracowanie nowej, prostej technologicznie metody ekstrakcji w reaktorze mikrofalowym, dostosowanej do wymogów produkcji kosmetycznej. Dalsze badania składu i struktury bursztynu oraz praktyczne sprawdzenie działania otrzymanych produktów.

 Proponowana praca obejmuje:

  1. Przegląd literatury dotyczący ekstrakcji w reaktorze mikrofalowym
  2. Zaprojektowanie badań ekstrakcji i ich przeprowadzenie
  3. Zbadanie właściwości ekstraktów bursztynu bałtyckiego w wybranym rozpuszczalniku

Kierujący pracą: prof. dr hab. inż. Ludwik Synoradzki
Opiekun naukowy: mgr inż. Marcin Michalski /YLIA Sp. z o.o./

Organiczne kompleksotwórcze inhibitory korozji

Praca dyplomowa dotyczyć będzie otrzymywania i badania właściwości nowych pochodnych oksymu aldehydu salicylowego.
Aromatyczne hydroksyoksymy, pochodne aldehydu salicylowego otrzymywane i badane w Laboratorium Procesów Technologicznych, dzięki obecności grupy fenolowej i oksymowej tworzą hydrofobowe kompleksy m.in. z miedzią, cynkiem, żelazem i glinem. Związki te mają duże znaczenie praktyczne – są wykorzystywane jako składniki organicznych układów ekstrakcyjnych w hydrometalurgii, a także jako inhibitory korozji.
Tematem pracy będzie otrzymanie i zbadanie nowych związków z klasy hydroksyoksymów i ich kompleksów o potencjalnym zastosowaniu jako inhibitory korozji.

 Proponowana praca obejmuje:

  1. Badania literaturowe: kompleksy hydroksyoksymów – nowe doniesienia dotyczące metod syntezy i badań kompleksów pochodnych oksymu aldehydu salicylowego z żelazem i cynkiem i miedzią.
  2. Synteza i oczyszczanie oksymu – wybranej pochodnej aldehydu salicylowego metodą opracowaną w LPT, analiza produktu.
  3. Synteza kompleksów otrzymanego oksymu z wybranymi metalami metodami opracowywanymi w LPT lub znalezionymi w literaturze. Analiza otrzymanych związków.