Dyplom magisterski – Technologia Chemiczna (2018/19)

Otrzymywanie i zbadanie właściwości użytkowych skafoldów z polilaktydu i poli(sebacynianu glicerolu)

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. Poli(sebacynian glicerolu) jest polimerem biodegradowalnym i dopuszczonym do stosowania w medycynie. Dzięki swoim właściwościom może zwiększać hydrofilowość i elastyczność otrzymywanych rusztowań komórkowych. 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. Opracowanie metody wytwarzania rusztowań komórkowych z polilaktydu i poli(sebacynianu glicerolu)
  2. Zbadanie wpływu rodzaju i ilości klasycznych prekursorów porów na ich właściwości użytkowe
  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. Charakterystyka otrzymanych skafoldów z wykorzystaniem wybranych metod analitycznych

Kierujący pracą: dr inż. Agnieszka Gadomska-Gajadhur
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Maciej Pilarek

Otrzymywanie i ocena wzrostu chondrocytów na poliestrowych rusztowaniach komórkowych

Praca dyplomowa dotyczyć będzie otrzymywania biodegradowalnych rusztowań komórkowych metodą mokrej inwersji faz. Rusztowania, nazywane także skafoldami (ang. Scaffolds – rusztowania) 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 – ulega 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. Wybranie odpowiedniej metody otrzymywania rusztowań
  2. Wybranie odpowiedniego polimeru budującego rusztowanie
  3. Przeprowadzenie optymalizacji wybranej metody z wykorzystaniem matematycznych metod planowania doświadczeń
  4. Badanie morfologii otrzymanych skafoldów (skaningowa mikroskopia elektronowa) oraz ich właściwości mechanicznych (próby rozciągania)
  5. Charakterystyka otrzymanych skafoldów z wykorzystaniem wybranych metod analitycznych

Kierujący pracą: dr inż. Agnieszka Gadomska-Gajadhur
Opiekun naukowy: mgr inż. Anna Laudańska-Maj

Badanie stabilności sztyftowych produktów kosmetycznych z dodatkiem lecytyny

Praca dyplomowa dotyczyć będzie zbadania właściwości wykonania obrazowania mikroskopowego wybranych kosmetycznych produktów sztyftowych (szminek) otrzymanych z dodatkiem lecytyny. W opracowanych recepturach produktów sztyftowych obserwowane jest niekorzystne zjawisko sonerezy, czyli wypacania niektórych składników mieszaniny na powierzchni produktu. Jest to niekorzystne, ponieważ zaburza stabilność produktu końcowego oraz jest postrzegane przez odbiorców jako objaw zepsucia produktu. W ramach rozwiązania tego problemu podjęto próby zidentyfikowania związków które migrują na powierzchnię produktu. Zostały wytypowane 2 związki, które mogą być wypacane. W ramach prac będą prowadzone analizy mające na celu sprawdzenie czy dodatek lecytyny poprawia stabilność produktów kosmetycznych. Zostaną opracowane i wytworzone nowe receptury kosmetyczne. Zostaną wykonane obrazy mikroskopowe, analizy zmian składu l składników oraz badania reologiczne w zakresie temperatur 40–80°C.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Opracowanie i wykonanie receptur kosmetycznych zawierających lecytynę
  2. Wykonanie obrazów mikroskopowych wybranych produktów sztyftowych
  3. Przeprowadzenie analiz IR, NMR, EDS otrzymanych szminek
  4. Przeprowadzenie badań reologicznych szminek oraz ich składników w zakresie
    temperatur 40–80°C.

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

Modyfikacja i badania biologiczne porowatych substytutów kości gąbczastej

Praca dyplomowa dotyczyć będzie modyfikacji trójwymiarowych polilaktydowych implantów kostnych za pomocą hydroksyapatytu. Również zbadanie i ocenę właściwości fizycznych i biologicznych zmodyfikowanych implantów. Defekty kości, które osiągnęły stan „krytyczny” nie leczą się samoistnie. Najczęściej w celu zapoczątkowania leczenia się takich defektów stosuje się przeszczepy autogeniczne. Chociaż jest ono standardem w chirurgii ortopedycznej, niesie 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. Jednakże poliestry alifatyczne mają niską hydrofilowość, co powoduje zmniejszoną efektywność regeneracji tkanek. Hydrofilizację powierzchni implantu można przeprowadzić poprzez modyfikację chemiczną i fizyczną. Pierwsza polega np. na reakcji grup końcowych hydrofobowego polimeru budującego implant i hydrofilowego polimeru modyfikującego. Drugi sposób polega na tworzeniu kompozytów z polimerem lub cząstkami o właściwościach hydrofilowych lub osadzaniu na powierzchni implantu cząstek hydrofilowych.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Otrzymywanie porowatych implantów kostnych metodą freeze-extraction,
  2. Modyfikację powierzchni implantów za pomocą hydroksyapatytu,
  3. Charakterystykę otrzymanych implantów z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej,
  4. Ocenę właściwości mechanicznych modyfikowanych implantów,
  5. Badania komórkowe modyfikowanych implantów,
  6. Określenie nasiąkliwości modyfikowanych implantów względem osocza,
  7. Ocenę efektów modyfikacji wobec implantów niemodyfikowanych.

Kierujący pracą: dr inż. Paweł Ruśkowski

Opracowanie procesu sieciowania poli(maleinianu gliceryny) na drodze addycji aza-Michaela

Praca dyplomowa dotyczyć będzie modyfikacji trójwymiarowych polilaktydowych implantów kostnych za pomocą hydroksyapatytu. Również zbadanie i ocenę właściwości fizycznych i biologicznych zmodyfikowanych implantów. Defekty kości, które osiągnęły stan „krytyczny” nie leczą się samoistnie. Najczęściej w celu zapoczątkowania leczenia się takich defektów stosuje się przeszczepy autogeniczne. Chociaż jest ono standardem w chirurgii ortopedycznej, niesie 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. Jednakże poliestry alifatyczne mają niską hydrofilowość, co powoduje zmniejszoną efektywność regeneracji tkanek. Hydrofilizację powierzchni implantu można przeprowadzić poprzez modyfikację chemiczną i fizyczną. Pierwsza polega np. na reakcji grup końcowych hydrofobowego polimeru budującego implant i hydrofilowego polimeru modyfikującego. Drugi sposób polega na tworzeniu kompozytów z polimerem lub cząstkami o właściwościach hydrofilowych lub osadzaniu na powierzchni implantu cząstek hydrofilowych.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Opracowanie metody syntezy poli(maleinianu glicerolu) i charakteryzacji materiału.
  2. Przekształcenie łańcucha polimerowego na drodze addycji aza-Michaela.
  3. Przeprowadzenie badań oraz analizy porównawczej materiału sprzed i po modyfikacji.

Kierujący pracą: dr inż. Paweł Ruśkowski
Opiekun naukowy: dr inż. Dorota Kołbuk-Konieczny /Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN/

Otrzymywanie nanowłóknin z poli(bursztynianiu glicerolu) i polilaktydu

Praca dyplomowa dotyczyć będzie wykorzystania poli(bursztynianiu glicerolu) i polilaktydu do otrzymywania nanowłóknin w procesie elektroprzędzenia. 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. Jedną z metod służącą wytwarzaniu nowych materiałów jest elektroprzędzenie. Pozwala na uzyskanie włókien o ściśle zdefiniowanym rozmiarze włókien i ułożeniu. Przestrzenie między włóknami są dostatecznie duże aby mogły być zasiedlone komórkami.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Opracowanie metody elektroprzędzenia nanowłóknin z PLA i poli(bursztynianiu glicerolu).
  2. Zbadanie morfologii i właściwości mechanicznych otrzymanych włóknin.
  3. Przeprowadzenie badań degradacji.

Kierujący pracą: prof. dr hab. inż. Ludwik Synoradzki
Opiekun naukowy: mgr inż. Dominika Kozon

Synteza i badanie właściwości blokowych polimerów o potencjalnym zastosowaniu antybakteryjnym.

Praca dyplomowa dotyczyć będzie syntezy biblioteki polimerów blokowych o zróżnicowanych strukturze grup funkcyjnych. Następnie przeprowadzona zostanie ich charakteryzacja oraz badania degradacji modelowej membrany komórkowej w postaci liposomów. Zsyntetyzowane związki zostaną wykorzystane do badań mikrobiologicznych. Wobec narastającej antybiotykooporności wielu szczepów bakteryjnych, niezbędne stało się poszukiwania nowych, skutecznie zwalczających te patogeny, klas molekuł. Jedną z obiecujących grup związków są kationowe, amfifilowe polimery imitujące naturalnie występujące peptydy przeciwbakteryjne. Amfifilowość struktury polimeru może zostać zrealizowana na kilka sposobów. Jednostki hydrofobowe i hydrofilowe mogą występować naprzemiennie, być rozłożone w strukturze łańcucha losowo lub zebrane w postaci dwóch bloków. Różnice w rozlokowaniu grup hydrofobowych i hydrofilowych mogą wpływać na zachowanie polimerów w roztworach oraz na ich właściwości biologiczne. Badania porównujące struktury blokowe ze statystycznymi wskazują na mniejszą toksyczność polimerów blokowych względem erytrocytów. Celem tego projektu badawczego będzie synteza biblioteki polimerów blokowych o zróżnicowanych zawartościach grup funkcyjnych. Następnie przeprowadzona zostanie ich charakteryzacja oraz badania degradacji modelowej membrany komórkowej w postaci liposomów. Zsyntetyzowane związki zostaną również wykorzystane do badań mikrobiologicznych.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Badania literaturowe
  2. Synteza biblioteki polimerów z wykorzystaniem makroinicjatorów
  3. Badania właściwości polimerów w tym: zachowanie w środowisku wodnym, oddziaływanie
    z liposomami jako modelowymi membranami komórkowymi
  4. W zależności od postępów badań badania mikrobiologiczne

Kierujący pracą: prof. dr hab. inż. Ludwik Synoradzki
Opiekun naukowy: dr inż. Cezary Wojciechowski /Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN/

Opracowanie otrzymywania mieszanych kapilarnych membran półprzepuszczalnych polisulfon/polimer biodegradowalny(polisacharyd-alginian wapnia)

Celem pracy magisterskiej będzie opracowanie wytwarzania częściowo degradowalnych membran kapilarnych do zastosowań w biotechnologii i medycynie. Polimerem degradowanym będzie wybrany polisacharyd (alginian sodu lub wapnia). Polimerem bazowym tworzącym trwałą strukturę membrany będzie polisulfon. Alginian zawierający grypy estrowe będzie ulegać stopniowej hydrolizie w środowisku wodnym. Powolny rozkład polimeru degradowanego będzie powodował wzrost porowatości membrany co powinno  niwelować skutki foulingu i powodować dłuższy czas pracy membran. Do celów porównawczych przyspieszymy usuwanie polimeru degradowalnego z membran poddając go hydrolizie zasadowej.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Przegląd literatury.
  2. Opracowanie sposobu otrzymywania mieszanej membrany kapilarnej z polisulfon i alginianu.
  3. Otrzymanie membran polisulfon-alginian o różnych składach zawartych polimerów.
  4. Zbadanie właściwości transportowo-separacyjnych membran i ich struktury.
  5. Przeprowadzenie hydrolizy alginianu i usunięcie go ze struktury membrany.
  6. Ponowne zbadanie właściwości transportowo-separacyjnych membran i porównanie
    z membranami przed hydrolizą.

Kierujący pracą: prof. dr hab. inż. Ludwik Synoradzki
Opiekun naukowy: mgr inż. Tomasz Trzeciak /Katedra Chemii Nieorganicznej, Wydział Chemiczny, PW/

Technologia organicznych soli litu i/lub sodu do zastosowania w elektrolitach do baterii

Prezentowane zagadnienie dotyczy kluczowych wyzwań ludzkości, takich jak konwersja i magazynowanie energii ze źródeł odnawialnych, rozwój transportu o napędzie elektrycznym czy poprawa mobilnych źródeł energii.  W LPT opracowano technologię otrzymywania 4,5-dicyjano-2-(trifluorometylo)imidazolanu litu (LiTDI) w skali laboratoryjnej. Elektrolity zawierające sole litowe lub sodowe odpowiednich pochodnych imidazolu wykazują wysokie (jak na ciało stałe) przewodnictwo jonowe oraz wysoką liczbę przenoszenia kationów i temperaturę topnienia. Dzięki temu mogą one znaleźć zastosowanie jako nowa klasa elektrolitów stałych/ciekłych stosowanych w bateriach. Znane metody otrzymywania tego typu związków są dość kłopotliwe, zwykle są to syntezy wieloetapowe, z trudnym wydzielaniem produktu i ze znaczną ilością odpadów. Przedmiotem pracy dyplomowej będzie opracowanie metody i optymalizacja syntezy i wydzielania wybranych organicznych soli litowych i/lub sodowych, a następnie powiększenie skali i opracowanie technologii ich produkcji. Wybrane zostaną surowce ze szczególnym uwzględnieniem czystości, ceny i gwarancji dostaw, ograniczona liczba procesów i operacji jednostkowych, aby zapewnić maksymalne wykorzystanie aparatury, otrzymywanie produktów o wysokiej czystości obok możliwie niewielkiej ilości odpadów oraz opracowanie takiej metody wydzielania, która pozwoli. Zbadane zostaną właściwości otrzymanych związków i przetestowane baterie wykonane z przygotowanych elektrolitów. Praca będzie wykorzystana przy planowanym wdrożeniu w przemyśle.

Proponowana praca obejmuje:

  1. Badania literaturowe
  2. Wybór metody syntezy i wydzielania oraz charakterystyka produktu
  3. Badania optymalizacyjne
  4. Powiększanie skali
  5. Opcjonalnie przygotowanie elektrolitu i testy baterii
  6. Opcjonalnie projektowanie procesu i badania w hali technologicznej