Studentská vědecká konference 2019

Chemické inženýrství IV (BS9 - 8:00)

• Předseda: doc. Dr. Ing. Milan Jahoda
• Komise: RNDr. Ivan Řehoř, Ph.D., Ing. Simon Jantač, Ing. Jakub Šiška, Ph.D. (Synthomer a.s.), Ing. Jiří Hronza, Ph.D. (Ricardo Prague s.r.o.)

Čas	Jméno	Ročník	Školitel	Název příspěvku	Anotace
8:20	Bc. Patrik Bouřa	M2	Ing. Alexandr Zubov, Ph.D.	Preparation and characterization of micro-cellular scaffolds for medical applications	detail Preparation and characterization of micro-cellular scaffolds for medical applications Cell transplantation is a therapeutic strategy for tissue repair and organ replacement. Eventual implant can be produced from a small donor cell population which is expanded in vitro by well-known cell culture technologies. Therefore, there is needed only a small portion of donor cells instead of a whole organ. However, isolated donor cells cannot form new tissues by themselves and specific environment in form of supporting material is essential for cell growth.  This work focuses on preparation and characterization of such material – biopolymer scaffolds. Scaffolds were prepared using polylactic acid (PLA) by thermally induced phase separation (TIPS), which is a versatile method allowing preparation of various morphologies. Acetic acid was, to the best of our knowledge, used for the first time as a solvent in TIPS. Crucial step of TIPS involves removal of frozen solvent. This work primarily focuses on removal by extraction using H2O. Summarized, all potential residues in final product are completely safe to the human organism.  Phase diagram of PLA/acetic acid system was measured using turbidimetry. Binodal and spinodal curves were then computed using Flory-Huggins theory. In the end, properties of prepared scaffolds were characterized using micro-CT, SEM and mercury porosimetry.
8:40	Bc. Jakub Klimošek	M2	prof. Dr. Ing. Juraj Kosek	Understanding diffusion in semi-crystalline polymers: theory and experiments	detail Understanding diffusion in semi-crystalline polymers: theory and experiments Diffusion of small gaseous hydrocarbon molecules in semi-crystalline polymers is a dynamic process, which is not easy to describe. For the experimental observation of the diffusion we have designed and assembled a new differential pressure decay apparatus. The principle of the method is to observe pressure evolution in the gas tight cell containing the polymer sample. The apparatus is fully automated to reach maximum reproducibility and to provide high number of experiments in a short time interval. Main advantages of the apparatus are low time-demanding experimentation and capability to simulate industrial conditions. We use Fickian approach to describe diffusion and to obtain the diffusion coefficient.  Diffusion coefficients evaluated from high number of experiments are thus statistically reliable. The Fickian approach describes data well but the theoretical description is not suitable for the non-ideal system like polymer-penetrant. Thus we decided to use a well established Free Volume Theory (FVT) as a second approach to estimate diffusion coefficients of penetrants in polymers. Application of FVT to our experimental data resulted in the description of diffusion coefficient dependency on penetrant pressure, and this processes cannot be described by simple Fickian diffusion.
9:00	Bc. Kateryna Korniienko	M1	Ing. Viola Tokárová, Ph.D.	Enkapsulace enzymu alliináza pro řízený antibakteriální účinek	detail Enkapsulace enzymu alliináza pro řízený antibakteriální účinek V dnešní době dochází k nadužívání antibiotik a jejich následnému výskytu v běžných potravinách a vodě. Výsledné vybudování rezistence u bakterií vůči známým antibiotikům vede k nezbytnosti vývoje nových způsobů podání antibiotik. Alicin je organosírová sloučenina se silnými antibakteriálními účinky, která vzniká enzymatickou reakcí enzymu alliinázy a substrátu alliinu. Alicin je vysoce reaktivní látka, ke které si bakterie nemají čas vybudovat rezistenci. Tato práce se zabývá enkapsulací enzymu alliinázy do alginátových mikročástic. Enkapsulace je proces zapouzdření bioaktivní látky do polymerní matrice definovaného tvaru. Princip enkapsulace spočívá v protlačování roztoku alliinázy v alginátu sodném skrz trysku s následným vytvořením laminárního toku materiálu. Pomocí vibrační frekvence je tento tok rozrušován na kapky o stejných rozměrech, které se dispergují pomocí elektrického napětí do vytvrzovacího roztoku. Příprava částic o předem zvolených charakteristikách se uskutečnila pomocí přístroje Enkapsulátor BÜCHI B-395Pro. Byla zkoumána efektivita enkapsulace enzymu. Rovněž byl sledován účinek imobilizace na stabilitu a aktivitu enzymu. Obdržené částice se využijí pro přípravu alicinu in-situ tak, že enzymatická reakce se iniciuje přidáním roztoku alliinu na povrch částic.
9:20	Bc. Katarína Kováčová	M1	doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha	Stanovenie transportných charakteristík pervaporačného membránového modulu	detail Stanovenie transportných charakteristík pervaporačného membránového modulu Pervaporácia je membránový proces určený na separáciu kvapalných zmesí. Technika membránovej separácie je jedným z najsľubnejších úspechov v energeticky úsporných technológiách.  Pervaporáciu je možné využiť na separáciu zložiek, ktoré sú ťažko separovateľné pomocou destilácie, extrakcie, adsorpcie a absorpcie, napríklad separácia azeotropických zmesí. Proces zahŕňa selektívnu sorpciu tekutej zmesi do membrány, difúziu cez membránu a desorpciu do plynnej fázy na permeátovej strane.  Účelom práce je realizovať proces separácie etanolu od vody. Ich oddelenie má veľký význam pre výrobu etanolu z biomasy pomocou fermentácie. V poslednom desaťročí sa tento proces stal predmetov záujmu z dôvodu hroziaceho nedostatku ropy. Jednou z hlavných výhod tohto procesu je to, že palivá sa vyrábajú z obnoviteľných zdrojov.  Proces prebieha na membránovom module v laboratórnom merítku s membránami veľkosti 5,56cm x 20,50cm. Predmetom doterajších meraní bola snaha o ich separáciu pri rôznych prietokoch plynu a kvapaliny, čo bude pre nás najdôležitejší krok pri určovaní transportných charakteristík, konkrétne koeficientu prestupu hmoty na kvapalnej strane. Boli urobené prvé experimenty, z ktorých ešte nejde vyvodiť závery kvôli veľkému rozptylu dát.
9:40	Bc. Markéta Kubiková	M1	Ing. Jitka Čejková, Ph.D.	Rotující dekanolové kapky jako součástky tekutých robotů	detail Rotující dekanolové kapky jako součástky tekutých robotů Systémy obsahující organické kapky ve vodných roztocích surfaktantů se v posledních letech staly populární ve vědní oblasti ,,umělý život“ (angl. Artificial Life, běžně zkracováno jako ALife). Kapky napodobující některé vlastnosti a chování živých buněk nebo malých organismů jsme začali nazývat tekutí roboti. Tito roboti jsou schopni chemotaktického pohybu, přenosu chemikálií a malých předmětů (mohou sloužit jako ,,chemické taxíky“). Dále byly pozorovány změny tvaru – tvorba chapadlovitých struktur, kolektivní chování a samovolná rotace . Tato práce je zaměřená na studium poslední zmíněné schopnosti – tedy samovolného otáčení dekanolových kapek v roztoku dekanoátu sodného. Pohyb kapek a drobných objektů (např. vlasu) na nich umístěných byl studován zejména z kinematického hlediska. Byly sledovány vlastnosti rotace a jejich změny závisející na umístění vlasu na kapce, na délce vlasu a také na velikosti kapky dekanolu.
10:20	Bc. Jakub Píchal, Bc.	M1	doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha	Optimalizace přípravy dlouhodobě stabilních elektrod polarografické sondy pro měření koncentrace H2 v primárním okruhu jaderné elektrárny	detail Optimalizace přípravy dlouhodobě stabilních elektrod polarografické sondy pro měření koncentrace H2 v primárním okruhu jaderné elektrárny V primárním okruhu jaderné elektrárny vzniká vodík, který zabraňuje nežádoucímu vzniku kyslíku rozkladem vody. Z bezpečnostních a ekonomických důvodů je třeba vodík měřit. Zatím neexistuje metoda, jak měřit vodík přímo.  Při výrobě sondy na vodík se vychází ze zkušeností získaných výrobou a prací s podobnou kyslíkovou sondou. Vodíková sonda se skládá z platinové anody a katody z chloridu stříbrného. Sonda dále obsahuje membránu nataženou nad platinovou anodou a elektrolyt z chloridu draselného. Mezi tekutinou obsahující vodík a povrchem platinové elektrody vzniká koncentrační gradient, který je ovlivněn permeabilitou membrány. Koncentrace vodíku na povrchu platinové elektrody je téměř nulová. Na platině se vodík oxiduje, odevzdává elektrony platině, které jsou obvodem přeneseny na katodu (AgCl), kde se vyredukuje stříbro. Na elektrody je přivedeno polarizační napětí a je měřen proud procházející obvodem. Tento proud je závislý na koncentraci vodíku v přiváděné tekutině.  V tuto chvíli jsou námi vyráběné sondy stabilní průměrně po dobu dvou měsíců, avšak s přihlédnutím k jejich využití je nutné garantovat alespoň tříměsíční stabilitu.  Cílem této práce je navrhnout postup přípravy elektrod, který by vedl ke vzniku dlouhodobě časově stabilní vodíkové sondy.
10:40	Bc. Klára Lukášová	M1	Ing. Ondřej Kašpar, Ph.D.	Využití rozprašovacího sušení k přípravě biomimetických materiálů s antibakteriálními účinky	detail Využití rozprašovacího sušení k přípravě biomimetických materiálů s antibakteriálními účinky  V poslední době dochází ke zvýšení počtu bakterií, které jsou imunní vůči účinku běžně podávaných antibiotik. K této antibiotické rezistenci dochází z mnoha důvodů, ať je to vývojem samotných bakterií daný jejich krátkým reprodukčním cyklem, anebo lidský faktor v podobě neodborného užívání antibiotik. Jedním z možných řešení této nastalé situace je vývoj alternativních léčivých přípravků, na které si bakterie nemohou vytvořit účinnou obranu.   Allicin je molekula, která má velmi silné antibakteriální účinky a je typická pro zástupce rostlin rodu Allium (např. cibule,česnek).  K produkci allicinu dochází přeměnou aminokyseliny allinu katalyzovanou enzymem allinázou. Tyto dvě látky se nacházejí v různých částech česnekové buňky a k jejich reakci dochází až v případě, kdy je rostlina ohrožena a její struktura nějakým způsobem poškozena. K přípravě materiálů pro napodobení tohoto přírodou ověřeného děje využíváme proces rozprašovacího sušení, kde jsme schopni účinně enkapsulovat enzym allinázu do polymerního nosiče, který plní stabilizační funkci a zároveň tvoří transportní bariéru zabraňující okamžité reakci s allinem. Na výslednou enzymatickou aktivitu enkapsulovaného enzymu má vliv mnoho procesních parametrů a faktorů (např. teplotní stres), které jsou předmětem zkoumání této práce.
11:00	Bc. Tereza Ludvíková	M1	doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha	Software development for hydrogen concentration measurements in nuclear power plants	detail Software development for hydrogen concentration measurements in nuclear power plants Pressurized water reactors (PWRs/VVERs) are the most common nuclear reactors worldwide. In the primary circuit of a reactor, high pressurized water serves as a coolant, moderator and heat transfer medium. The coolant water is treated with several chemicals so that certain operating conditions are created. The main additives used in the primary circuits are boric acid, hydroxides, and hydrogen. Excess of H2 suppresses radiolytic oxygen formation, which would lead to pipeline corrosion and deposits on the fuel. Hydrogen is often generated directly in the circuit by the addition of ammonia which is decomposed in the core by the radiolytic reaction. It would be desirable to carry out precise online hydrogen concentration measurements so that the dosing rates could be quickly adjusted. At present, the concentration is mostly determined indirectly. Hence, a new device using a polarographic probe to measure it is being developed. Several prototypes have been tested so far. One of the current goals is to develop controlling software. Designed software should allow a user to set parameters of measurements or save and display output values. It should also comprise a section that would evaluate different variables, for example, temperature dependencies needed for correct signal processing.
11:20	Bc. et Bc. Jana Steinhauserová	M1	Ing. Jitka Čejková, Ph.D.	Experimentální studium kolektivního chování nebiologických samopoháněných objektů	detail Experimentální studium kolektivního chování nebiologických samopoháněných objektů Kolektivní chování je pozorováno především v biologických společenstvech, ale lze ho pozorovat i u neživých systémů. Tato práce se zabývá chováním kapek dekanolu v roztoku dekanoátu sodného. Zajímají nás vzájemné interakce mezi těmito kapkami, které reprezentují nebiologické samopoháněné objekty. Byly provedeny sady experimentů s různým počtem kapek a tyto experimenty následně s pomocí obrazové analýzy vyhodnoceny. Cílem předložené práce bylo najít metodologii, jak experimenty vyhodnotcovat a získaná data později použít pro teoretické výpočty.
11:40	Bc. Pavel Zelenka	M1	prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D.	Pokročilá optimalizace metody charakterizace částic vzniklých rozpadem lékové formy	detail Pokročilá optimalizace metody charakterizace částic vzniklých rozpadem lékové formy Klíčovou vlastností lékové formy je její chování ve vodném prostředí. Rychlost uvolňování aktivní látky je silně závislá na rozpadu a rozpouštění pevné lékové formy. Proto je důležité studovat dynamiku těchto procesů. Tato práce se zabývá vývojem a optimalizací nové metody pro charakterizaci částic vzniklých rozpadem lékové formy. Metoda je založena na principu usazování částic v nehomogenním laminárním proudění kapalného média. Pro tento účel byla navržena a sestavena průtočná cela. V cele byly provedeny experimenty s modelovými částicemi. Kamerový záznam pohybu částic v cele byl analyzován pomocí algoritmu pro sestavení trajektorie jednotlivých částic. K vyhodnocení trajektorií byla použita teoretická predikce pohybu částic založená na předpokladech o profilu proudění uvnitř cely. Tato práce se dále zabývá zlepšením popisu profilu proudění uvnitř cely pomocí CFD (Computational Fluid Dynamics) simulace a porovnává výsledky získané metodou konečných objemů a metodou konečných elementů.