Studentská vědecká konference 2017

 Polluted water is one of the biggest problems facing the world, and a big part of the problem is attributed to industries using dyes. In recent years, there has been many initiatives to reduce the amount of polluted water produced. In this work, I am focusing on the preparation of a mesoporous nanomaterial  which is capable of adsorbing dyes on its surface followed by degradation of the dyes under solar irradiation. This should be very cheap and ecological way to battle this situation. To achieve easy separation and reuse, the particles were encapsulated into polymeric beads. The resulting materials showed good adsorption and photocatalytic properties. Under simulated solar irradiation, the dye was degraded and reduced, with the beads regaining  most of their original colour. With these properties, there might be a big use of this material in wastewater treatment,  which will provide much cleaner water to people, animals and crops.  

One of the most promising strategies to enhance the bioavailability of poorly water-soluble active pharmaceutical ingredients (APIs) is to formulate it as an amorphous solid dispersion (ASD) using a polymeric carrier. ASD system consists of an amorphous API stabilized by a polymer through the establishment of intermolecular interactions. Recent studies on ASDs showed that high polymer concentration is often required to prevent the risk of API recrystallization during the storage, thus making this approach unsuitable for high-API-loading ASDs. Herein, thermal crosslinking approach for development of high-API-loading was explored. Specifically, high loading of Indomethacin (model API) in thermally cross-linked poly(acrylic acid) (PAA) and poly(vinylalcohol) (PVA) was investigated. First, the solubility of indomethacin in the polymeric matrix (i.e., PVA and PAA) and their mutual miscibility were determined by calorimetric measurements followed by the construction of the phase diagrams. Then, ASDs containing 90 wt.% indomethacin were prepared by in situ thermal crosslinking of PAA and PVA. The effect of various processing parameters like time and temperature of crosslinking on the solid-state properties and the physical stability of the prepared formulations was investigated.

To optimise material performance and achieve more efficient production and recycling methods, understanding transport phenomena of substances through materials is essential, since it predicts their behaviour in various conditions and scenarios. This work focuses on understanding the diffusion of gaseous penetrants in semi-crystalline polyolefin melts such as HDPE (High-density Polyethylene) and LLDPE (Linear Low-Density Polyethylene). These polymers are important in various industries due to their unique properties. This study aims to develop the pressure decay method and apply it for measurements of diffusivity in polyolefin samples. The experimental procedure involves degassing a sample at the defined temperature, and repeated pressurisation with a penetrant gas. First, the pressure changes due to sorption and desorption are recorded. Then, the data is used to calculate the diffusion coefficient employing Fick's second law calculated by the finite volume method in the Matlab program. By developing unique apparatuses to study polyolefins, one can better understand complex semi-crystalline systems and transport phenomena in semi-crystalline polymers.

Jedním z problémů nově vyvíjených léčiv je jejich špatná rozpustnost ve vodných médiích – dle BCS klasifikace spadá až 40% léčiv do kategorií II. a IV., tedy látky se špatnou rozpustností, což vede k nízké biodostupnosti. Tento problém můžeme řešit mimo jiné vhodnou formulací, například ve formě nanokrystalů. Vyrobíme-li krystalické nanočástice látky, zvýšíme zásadně povrch částic vzhledem k objemu a tím docílíme lokální supersaturaci při rozpouštění ve fyziologickém roztoku. Proto se stávají mnohem lépe použitelnými v léčbě mnoha onemocnění. Moje práce se zabývá přípravou nanokrystalů kontinuální antisolventní precipitací v průtočném zařízení, resp. validací funkčnosti tohoto prototypu. Validace zařízení spočívá v porovnání proměnných parametrů, tedy celkového průtoku, koncentrace organické a vodné složky, volba konkrétních stabilizátorů, volba konkrétní modelové látky, nebo léčiva, a možnost využití filtru. Vliv jednotlivých parametrů byl validován tak, že hodnoty všech parametrů s výjimkou validovaného byly fixní, a byly sledovány vlivy změny validovaného parametru na výslednou distribuci velikosti částic a jejich stabilitu. Cílem práce je jednotlivé vlivy popsat, a zároveň zajistit stabilní a konzistentní precipitaci produktu.

Se zhoršující se klimatickou situací přichází přísnější emisní limity, které regulují množství škodlivých pevných částic ve výfukových plynech. Splnění těchto norem u automobilů se spalovacími motory je možné jen díky filtrům pevných částic, které jsou nutnou součástí systémů pro ošetření spalin. Ve filtru plyn prochází přes tenkou porézní stěnu z keramického materiálu. Tato práce se zabývá elektrostatickými silami, které mohou působit na mikroskopické pevné částice, a to i v případě poměrně malého povrchového náboje. Model popisující elektrostatické interakce jsem implementovala do již existujícího CFD modelu toku plynu skrz 3D rekonstruovanou porézní stěnu filtru, spojeného s řešičem pohybových rovnic pro jednotlivé pevné částice. Základem pro výpočet elektrostatických sil je Coulombův zákon, pomocí kterého je definována intenzita elektrostatického pole generovaného stěnami filtru. Toto pole následně působí na opačně nabité nanočástice v proudícím plynu, které jsou přitahovány ke stěně filtru. Provedená studie předpovídá pozitivní vliv elektrostatických interakcí na filtrační účinnost. To je v souladu s naměřenými experimentálními daty, které ukazují vyšší záchyt částic, než by odpovídalo pohybu částic ovlivněnému pouze setrvačností, třecími silami a Brownovým pohybem.  

V současnosti je kladen stále větší důraz na ochranu životního prostředí. S tím přicházejí stále přísnější legislativní nařízení na emise spalovacích motorů. K čištění výfukových plynů se používají katalytické filtry, přeměňující škodlivé složky (CO, NO_x a C_XH_Y) na zdravotně nezávadné produkty (CO₂, N₂, H₂O) a zároveň zachytávají pevné částice sazí. Vzorky katalytických filtrů použité v této práci jsou tvořeny z kordieritového substrátu s voštinovou strukturou, do které je nanesena vrstva katalyzátoru Pt/γ‑Al₂O₃. Klíčové parametry katalytických filtrů – filtrační účinnost, tlaková ztráta a katalytická aktivita – závisí na mikrostruktuře filtru a mění se se zanesením sazemi. Cílem této práce je změřit vývoj filtrační účinnosti a tlakové ztráty pro vzorky s různou mikrostrukturou nanesené katalytické vrstvy. Filtry s katalyzátorem naneseným do pórů ve stěně vykazují nízkou tlakovou ztrátu, ale také nízkou počáteční filtrační účinnost. Filtry s katalyzátorem naneseným na vnějším povrchu stěny mají vysokou počáteční filtrační účinnost, ale také vyšší tlakovou ztrátu. Pro obě konfigurace se v průběhu zanášení filtrační účinnost i tlaková ztráta postupně zvyšují. Naměřená data umožňují výběr struktury filtru s vhodnými provozními vlastnostmi i kalibraci matematických modelů.  

Jednou ze zásadních součástí úspěšné léčby je ochota a schopnost pacienta dodržovat předepsanou léčebnou kúru. S větším množstvím léků vzrůstá i pravděpodobnost vynechání jedné či více dávek, což je spojeno s velkými náklady pro systém zdravotní péče (odhadem 125 miliard EUR ročně v EU). Je tedy zapotřebí zjednodušit a zefektivnit tyto léčebné režimy. Toho lze dosáhnout nahrazením několika běžných lékových forem kapslí plněnou minitabletami. Minitablety se z hlediska uvolňování účinných látek chovají podobně, jako běžné tablety, ale obsahují výrazně menší množství excipientů a jsou tedy znatelně menší. Díky velikosti minitablet je možné tvořit jejich personalizované kombinace a plnit jimi želatinové kapsle, výsledný léčivý přípravek, poté obsahuje přesně stanovenou kombinaci účinných látek, kterou pacient potřebuje. Tato práce se zabývá provedením kvalifikační studie pro prototyp stroje, který na základě informací o pacientovi automaticky kombinuje minitablety do želatinových kapslí. Dále si tato práce klade za cíl stanovit rozmezí provozních parametrů, ve kterém je zajištěna požadovaná přesnost a rychlost stroje.

Termografia sa ukazuje ako potenciálny základný prvok vo vývoji metodiky pre stanovenie efektívnej medzifázovej plochy pri destilácií. Podarilo sa dokázať, že teplota zmeraná termokamerou zameranou na hladinu miešanej kvapaliny v systéme s plynom o inej teplote, zodpovedá teplote fázového rozhrania tak, ako ju chápu a používajú chemickí inžinieri. Ďalším krokom vývoja tejto metódy je pozorovanie teploty fázového rozhrania v systéme tvorenom laminárne tečúcou kvapalinou a turbulentne prúdiacim plynom, kde dochádza k súčasnému prenosu tepla a hmoty. Prvá časť práce sa sústreďuje na technické riešenie experimentálnej aparatúry. Pre prevedenie experimentu je kľúčové zabezpečiť laminárny tok kvapaliny, čo vyžaduje návrh distribútorov kvapaliny a systém riadenia výšky hladiny. Turbulentné prúdenie plynu je riešené umiestnením statických mixérov pozdĺž aparatúry. Použitie okien z materiálu priepustného pre infračervené spektrum nám umožní pozorovanie pomocou termokamery. V druhej časti práce sa venujeme meraniu koeficientu prestupu hmoty v plynnej fáze metódou absorpcie amoniaku do zriedenej kyseliny sírovej. Na základe meraní potom optimalizujeme konštrukciu a nastavenie aparatúry tak, aby sme dosiahli čo najnižší odpor proti prenosu tepla a hmoty v plynnej fáze.

Mikrobióm označuje kolektívne spoločenstvo mikroorganizmov obývajúcich konkrétny hostiteľský organizmus. Každé miesto na tele predstavuje jedinečné prostredie, ktoré môže zahŕňať bilióny mikrobiálnych buniek a stovky odlišných kmeňov, ktoré sa v celom tele odlišujú od jedného miesta k druhému. Napriek všadeprítomnosti a zásadnej dôležitosti mikrobiómov v živote, ako aj ich silnému spojeniu so zdravím a chorobami, zostáva naše chápanie ich vzájomných interakcií a ich hostiteľov v počiatočných štádiách vývoja. Cieľom tejto práce je pripraviť mikrokapsuly so zapuzdrenou bakteriálnou kultúrou a skúmať interakcie medzi bakterialnymi buňkami. Spôsob enkapsulácie umožňuje vytvorenie alginátových hydrogélových kapsúl na enkapsuláciu baktérií, aby sa zabezpečila integrita a stabilita hydrogélu.