Studentská vědecká konference 2017

Biologická dostupnost farmaceutických léčiv je ovlivněna jejich rychlostí permeace, tj. schopností látky procházet skrz biologické membrány a jejich rozpustností. Vlastnosti pomalu permeujících účinných látek lze vylepšit jejich kombinací s liposomy, kulovitými vezikulami, které jsou tvořeny fosfolipidovou dvouvrstvou, do které lze léčiva, jak hydrofilního, tak hydrofobního charakteru zapouzdřit. Fosfolipidová dvouvrstva nejenže zlepšuje permeabilitu uzavřených léčiv, ale i zabraňuje jejich předčasnému vylučování, tak snižuje jejich toxicitu, zlepšuje stabilitu a její modifikací lze dosáhnout i cíleného doručování léčiva. Rychlost rozpouštění účinných látek lze zvýšit jejich formulací do nanokrystalů, kdy je zvýšením poměru povrch-objem a snížením ekvivalentního poloměru částice dosaženo zvýšení rychlosti rozpustnosti. I nanokrystaly lze zkombinovat s liposomy, které pomocí své fosfolipidové dvouvrstvy poskytují zapouzdřeným nanokrystalům tzv. „gate-keeping“ efekt.  Cílem této práce je zvýšení biodostupnosti účinných látek, a to pro látky jak špatně rozpustné, tak pro látky s pomalou permeací. Byly proto z každé kategorie vybrány modelové látky, pro které byly zkoumány vhodné metody formulace do liposomů s následným vyhodnocením enkapsulační účinnosti.  

Motivací této práce je přispět k dosažení vyšší efektivity při administraci léčiv kombinací více účinných látek v jedné dávce. K dosažení tohoto cíle budou využity potahované částice vyrobené ve fluidním loži s jejichž pomocí vytvoříme modelové strukturované léčivo s řízeným uvolňováním. Práce se zabývá potahováním pelet mikrokrystalické celulózy běžně užívanou kombinací léčiv ezetimib a atorvastatin. Cílem práce je ověřit možnosti potahování pelet danými léčivy a následně potáhnout pelety více vrstvami. Modelový příklad je stavěn na běžném průchodu trávicím traktem, kdy v žaludku je velmi kyselé pH a dál ve střevech je pH více zásadité. Z toho důvodu je jako poslední vnější vrstva nanesen ezetimib, protože se uvolňuje v kyselém prostředí. Prostřední vrstvu bude tvořit eudragit, farmaceuticky neaktivní látka, která se začíná rozpouštět až v oblasti dvanáctníku a ochrání tak vnitřní vrstvy před předčasným rozpuštěním. Vnitřní vrstvu tvoří atorvastatin, který se uvolňuje v zásaditém prostředí. Tato kombinace umožní dřívější rozpuštění vnější látky, která se tak může dřív metabolizovat a zároveň dopraví druhou léčivou látku dál tělem do místa její metabolizace. Efektivita dané kombinace bude prověřena disolučnímy testy a analýzou pomocí HPLC.

Tato práce se zaměřuje na vývoj kompozitního porézního nosiče pro lokální aplikaci antibiotik s kontrolovanou kinetikou uvolňování. Cílem je zlepšit účinnost léčby a minimalizovat nežádoucí vedlejší účinky spojené se systémovým podáváním antibiotik. ​​​​​​ Experimentální část zahrnuje přípravu porézního fosforečnanu, kde bylo klíčovým krokem vypálení porogenu Avicel PH-101. Dále byla vytvořena lipidická vrstva s antibiotikem, a zkoumány různé modifikace této vrstvy, včetně porozity, složení lipidů a přítomnosti cholesterolu a PLGA (poly(lactic-co-glycolic acid). Výsledky práce naznačují, že různé parametry nosiče ovlivňují kinetiku uvolňování antibiotika z nosiče. Porozita a přítomnost cholesterolu zpomalují uvolňování, zatímco přidání PLGA nemá významný vliv v krátkodobém hledisku. Produktem je nosič s kontrolovanou kinetikou uvolňování antibiotika, kterou lze upravit změnou různých parametrů nosiče. Budoucí směry výzkumu zahrnují detailní zkoumání mechanismů uvolňování antibiotika a experimenty s porézními minitabletkami jakožto alternativní porézní kostra nosiče. Tato studie otevírá nové perspektivy pro využití kompozitních porézních nosičů v oblasti lokální aplikace léčiv.  

Výpočetně úsporný model správně popisující hydrodynamické podmínky uvnitř flokulačních nádrží, které jsou součástí úpraven pitné vody, umožní optimalizaci těchto zařízení a přispěje k efektivnější a úspornější výrobě. Geometrická rozmanitost nádrží a odlišnost použitých typů míchadel, společně s velmi omezenou možností zisku experimentálních dat na reálných zařízeních, vyžaduje robustní metodiku simulace proudění míchané nádrže. Přestože literatura obsahuje četné poznatky o modelování míchaných zařízení, práce se často rozcházejí použitou metodikou pro popis turbulence, přístupem ke stavbě výpočetní sítě a neexistuje jednotná metodika simulací. Naopak závěry prací si často odporují, a to i pro standardní narážkovou nádobu s Rusthonovou turbínou. Tato práce testuje 4 přístupy lišící se flexibilitou tvorby sítě pro složitější geometrie a očekávanou kvalitou sítě vzhledem k použitým numerickým metodám. Výsledky vykazují vysokou citlivost na zvolené metodice stavby výpočetní sítě. Porovnáním výsledků s experimentálními daty dostupnými v literatuře byla vybrána nejvěrohodnější metodika, dále použitá pro simulaci zařízení s geometrií obdobnou flokulační nádrži. Vypočtená data jsou porovnána s vlastními experimentálními údaji získanými metodou PTV.

Elektrochemie a elektrochemické reaktory nachází v průmyslu široké uplatnění. Pod elektrochemickým reaktorem si můžeme představit jak zařízení, ve kterém elektrochemickou reakcí vzniká žádaná látka, tak i například baterii. Jedním z faktorů, které významně limitují rychlost a účinnost elektrochemické reakce je difuze reaktantů na povrch elektrody a následná difuze produktů z povrchu elektrody do jádra roztoku. Cílem je tedy maximalizovat mezifázový povrch elektroda/roztok a zajistit krátké transportní vzdálenosti mezi elektrodou a jádrem roztoku. Postup 3D strukturování elektrod jsme již dříve úspěšně aplikovali na případ vanadové průtočné baterie využitím uhlíkových nanotrubek a porézních uhlíkových plstí. Podobný postup nyní využíváme při syntéze hypervalentních sloučenin jodu, které se používají v organických syntézách jako oxidační činidla. Tyto sloučeniny se klasicky připravují za použití toxických látek a elektrochemie zde potenciálně nabízí bezpečnější způsob výroby. V rámci projektu jsme se zaměřili na syntézu λ³ a λ⁵ – iodanů z kyseliny jodobenzoové.  

V snahe obmedziť výrazné znečisťovanie životného prostredia a rapídne zmeny klímy sa čoraz viac snažíme využívať obnoviteľné zdroje energie. Avšak tieto zdroje nie vždy zabezpečia kontinuálny prísun energie, a preto svet potrebuje zariadenia na ukladanie a zároveň distribúciu energie z týchto zdrojov keď je jej prebytok, respektíve nedostatok. Sľubnou technológiou by mohli byť hybridné prietokové batérie zinok-vzduch (ZVHPB), ktoré by mohli vďaka nízkym nákladom, vysokej energetickej hustote a minimálnemu zaťaženiu životného prostredia predstavovať lacné, efektívne a predovšetkým ekologické riešenie. Ukladanie energie v týchto batériách je uskutočnené elektrolytickým vylučovaním zinku zo zinočnatých iónov rozpustených v alkalickom roztoku KOH. Napriek niekoľkým snahám stále nedošlo k efektívnemu obmedzeniu rastu dendritickej štruktúry pri vyšších prúdových hustotách počas nabíjania ZVHPB, čo značne znižuje životnosť batérií. V tejto práci sa zaoberám potláčaním rastu dendritov a zhomogenizovaním nadeponovanej štruktúry pomocou aditív pridaných do roztoku elektrolytu alebo aplikácie vonkajšieho magnetického poľa. Depozícia zinku z prúdiaceho elektrolytu prebiehala pri zvýšenej teplote 40 °C v galvanostatickom režime a nadeponované vrstvy boli následne charakterizované pod SEM.

Syntéza a separace speciálních chemikálií v kontinuálním režimu je v dnešní době významným požadavkem farmaceutického a chemického průmyslu. Předložená práce je zaměřena na vývoj zařízení pro kontinuální elektroforetickou separaci chemických látek ve volném toku, kdy je kolmo na směr proudu nosného elektrolytu vloženo stejnosměrné elektrické pole. Oproti bakalářskému projektu, na který předložená práce navazuje, došlo k významným změnám v konstrukci zařízení a byl použit jiný druh membrán k oddělení separační komory  od elektrodových rezervoárů, což napomohlo k lepším výsledkům separačního procesu. Testování funkčnosti vyrobeného zařízení bylo uskutečněno pomocí ve vodě rozpustných barviv nesoucích elektrický náboj. Pomocí experimentálních parametrických studií byly nalezeny režimy, které umožňují vychylování koncentračních trajektorií barviv ze směru toku elektrolytu. Uvedený výsledek je podmínkou nutnou pro kontinuální separaci látek  s elektrickým nábojem ve zkonstruovaném zařízení. Z experimentálních dat bylo též možné odhadnout hodnotu efektivní elektroforetické mobility barviva v prostředí nosného elektrolytu. Dosažené výsledky mohou napomoci při vývoji kontinuálně pracujících elektroforetických separátorů pro oddělování enantiomerů a dalších speciálních chemikálií.  

Plastics are multifunctional materials that are used in all sectors as an indispensable material. Plastics production is therefore increasing more and more every year, where piles of used plastics and textiles are becoming a serious environmental issue. Unfortunately, no method has yet been devised to solve the problem of increasing plastic waste, as it is cheaper to produce new plastic than to recycle used plastics. This work focuses to find a novel approach how to close circular plastic waste economy. It is solvent based recycling process that is used to extract polymer additves by dissolving polymers with suitable solvents and extraction agent. recycling. Common plastic waste has an undefined composition of additives species and its concentration in polymer matrix. We need to then produce small amount of defined plastic waste to conduct comprehensive study with various solvents, extraction agent and process conditions. These plastic waste with various and defined concentration is used to calibrate spectroscopic method which provide us a pointer how to find the optimal process conditions for the plastics recycling.  Our goal is to create the simplest, cheap and sophisticated method for recycling plastics that is environmentally friendly.  

K odstranění koloidních částic při úpravě vody se využívává flokulace, tedy agregace částic do větších struktur – vloček. Jejich velikost či struktura mají vliv na účinnost následné separace a je tak žádoucí vlastnosti agregátů řízeně ovlivňovat. Charakteristika vloček závisí jak na jejich chemické podstatě dané povahou nečistot, tak na hydrodynamických podmínkách ve flokulačním zařízení. Charakterizace vloček v závislosti na proměnlivých podmínkách v reálných průtočných zařízeních by usnadnila návrh a optimalizaci úpraven, dobře je ale popsaná pouze ve vsádkových systémech za konstantních podmínek. K doplnění chybějících dat byla navržena a postavena aparatura s úzkou distribucí gradientu rychlosti, kterým jsou hydrodynamické podmínky popsány. Díky tomu je možné podmínky kontrolovaně měnit, a tak simulovat pohyb agregátu reálným zařízením a jeho vývoj. Naměřená data ukázala, že svůj účel aparatura plní pouze při vyšších hodnotách otáček, tedy při vyšších gradientech. Při nižších dochází k nechtěným jevům, např. sedimentaci vloček, a tak ke zkreslení výsledků. Pro získání dat i v této oblasti byla navržena nová aparatura vycházející z původní, která by tento problém měla eliminovat. Na té bude následně probíhat experimentální studie dané závislosti.

Kyselina polymléčná (PLA) se řadí mezi přední komerční polymery vyráběné z obnovitelných zdrojů, jako je škrob nebo cukrová třtina. Její uplatnění sahá od obalových materiálů a izolačních pěn až po automobilový průmysl. Jednou z hlavních výhod, která PLA odlišuje od konvenčních plastů získávaných z fosilních paliv, je její schopnost biologické rozložitelnosti. V dnešní době je recyklace materiálů esenciální pro dosažení udržitelného rozvoje, a i z toho důvodu je depolymerizace na monomerní jednotky předmětem četných studií.  PLA je syntetizováno tzv. polymerací s otevřením kruhu (angl. „Ring Opening Polymerization“), což je reverzibilní chemická reakce, jejíž směr lze obrátit vhodnými podmínkami. Klíčovým faktorem pro tuto reakci je tzv. teplota depolymerizace (angl. „ceiling temperature“), která stanovuje rovnováhu mezi dopřednou a zpětnou reakcí.  Cílem této studie je využít již validovaný víceúrovňový model výroby kyseliny polymléčné a upravit jej za účelem otočení rovnováhy ve prospěch depolymerizace. Takto získaný model depolymerizace PLA na laktid (cyklický dimer kyseliny mléčné) bude dále rozšířen o popis vlivu termodynamických interakcí v systému polymer-monomer-rozpouštědlo a využit pro optimalizaci procesu.