Studentská vědecká konference 2022

Adherencia liečby, alebo aj miera ochoty pacienta sa liečiť, je v dnešnej dobe veľmi dôležitou súčasťou úspešnej terapie. Najmä u ľudí s množstvom liekov dochádza k zabúdaniu a vynechaniu dávky lieku. Našim cieľom je zredukovať množstvo excipientov v pevnej liekovej forme a tým zároveň znížiť počet tabliet. Toto je docielené pomocou formulácie minitabliet, ktoré majú podobné zloženie ako originál, no s dramaticky vyšším obsahom účinnej látky, ktorej uvoľňovanie je ale totožné s originálom. Vďaka ich veľkosti pod 3mm sme schopní do jednej želatínovej kapsule vložiť viacero minitabliet tak, aby výsledná dávka zodpovedala priamo pacientovi na mieru. Taktiež sú minitablety vhodné aj pri kombinovanej terapii, nakoľko do kapsule je možno vložiť viacero minitabliet s rôznou účinnou látkou. Táto skutočnosť sa napríklad využíva pri liečbe hypertenzie, kde je kombinácia rôznych účinných látok bežnou praxou.  

Nanokrystaly mají v medicíně širokou škálu možných uplatnění, ať už pro jejich schopnost zvyšovat rozpustnost a tím biodostupnost léčiv, nebo pro možnost cíleného doručování léčiv. Proto je ovšem nutné nanokrystaly vhodným způsobem stabilizovat.    Optimalizace přípravy nanokrystalů proběhla na základě předchozího výzkumu kurkuminových nanokrystalů metodou mokrého mletí.    Pro přípravu pokročilých nanokrystalů schopných spolehlivě zajistit cílené doručování účinných látek je testována kovalentní modifikace, kterou umožňuje například polymer pHPMA reagující s látkami obsahujícími aminoskupiny.    Při hledání vhodných léčiv pro tento typ stabilizace byl testován hydrochlorothiazid, u kterého došlo při pokusu o namletí nanokrystalů ke vzniku polydisperzní směsi a ukázal se tak být nevhodnou látkou pro tyto účely. Příprava nanokrystalů ibrutinibu byla úspěšná a bude další testovanou látkou pro vytvoření kovalentní stabilizace.   

Jedním z problémů nových léčiv je jejich špatná rozpustnost ve vodě, což má za následek nutnost větší dávky, která zvyšuje riziko vedlejších účinků. Snížení dávky se dá docílit použitím amorfní formy těchto léčiv, která je více rozpustná než jejich krystalická forma a využitím nano-nosičů léčiv. Mezi nejpoužívanější nano-nosiče patří liposomy.  Nevýhoda liposomů spočívá v jejich malé kapacitě pro hydrofobní látky. Zvýšení kapacity lze dosáhnout využitím kompozitního nosiče, kde se léčiva adsorbují do pórů nanočástic oxidu křemičitého, místo aby se adsorbovala na stěnu liposomu a do jeho vodné kavity. Nanočástice SiO₂ se poté obalí liposomem, který zabrání předčasnému uvolnění léčiv. Takto připravené kompozitní částice se nazývají LCSNs (lipid coated silica nanoclusters).  Předešlý výzkum LCSNs dokázal vylepšit vsádkovou přípravu, ta ale stále nabízí pouze úzké parametrické okno pro přípravu, proto se nabízí průtočné systémy.  Cílem práce je připravit LCSNs v průtoku, kdy se v principu jedná o antisolventní precipitaci modifikovanou pro LCSNs. Důležitými předpoklady jsou správně zvolené parametry, které se zjistí experimentálně. 

Popis dějů na fázovém rozhraní hraje důležitou roli u matematických modelů, které simulují přípravu hetero–fázových či porézních materiálů s definovanou morfologií, například se jedná o polymerní pěny, porézní membrány či houževnaté polymery. Důležitým vstupním parametrem těchto modelů je mezifázové napětí separujících se nemísitelných kapalin. Tento parametr je často experimentálně nedostupný a v matematických modelech bývá pouze odhadován. Cílem této práce je ab initio predikce povrchového a mezifázového napětí pro různě komplikované chemické systémy, aby tyto veličiny mohly být prakticky využity při simulaci utváření hetero–fázových polymerních materiálů.   V rámci tohoto příspěvku se zabýváme řešením jednosložkových systémů kapalina-pára, jejichž volná energie je popsána pomocí Van der Waalsovy stavové rovnice. Integrací Cahnovy–Hilliardovy rovnice získáváme ustálený profil hustoty na fázovém rozhraní, s jehož pomocí odhadujeme povrchové napětí v daném systému. V tuto chvíli model umožňuje predikci povrchového napětí za běžných teplot pro jednoduché uhlovodíky v solidní shodě s experimentálními hodnotami, v budoucnu bude rozšířen o další složky a volná energie systému bude popsána Floryho-Hugginsovou teorií vhodnou pro termodynamický popis systémů polymer-rozpouštědlo.  

V sušších oblastech Země, kde je nedostatek sladké vody (koncentrace soli < 1 g/L), se dá po určitém zhodnocení využít voda slaná (koncentrace soli ~35 g/L). Zhodnocení slané vody spočívá mimo jiné ve snížení koncentrace soli na hladinu sladké vody, což může být provedeno například kapacitní deionizací (KDI).  KDI je rychle se rozvíjející elektrokinetická separační metoda uplatňovaná při deionizaci roztoků, jako je například slaná nebo odpadní voda. Spočívá v umístění vnějšího napětí mezi elektrody, mezi kterými se nachází roztok s rozpuštěnými ionty. V důsledku protékajícího elektrického proudu mezi elektrodami migrují rozpuštěné ionty k jedné či druhé elektrodě, kde se dočasně uloží, a ze zařízení odtéká deionizovaný roztok.  Motivací pro KDI je její energetická úspornost oproti rozšířeně používané reversní osmóze při deionizaci zředěnějších roztoků, jako je například brakická voda (koncentrace soli ~1-10 g/L). Na druhou stranu, nevýhodou KDI je neschopnost separovat nenabité složky v roztoku. Hlavním cílem tohoto projektu je navrhnout a sestrojit zařízení pro KDI brakické vody s využitím nanostrukturovaných elektrod, pomocí kterého lze studovat děje přítomné při KDI a testovat vliv různých nanomateriálů a procesních nastavení na účinnost zařízení.

Cílem mojí práce je experimentální vytvoření hydrogelových mikroplavců, kteří by byli schopní se pohybovat ve vodném roztoku prostřednictvím undulačního pohybu. Schopnost vyrobit malé pohyblivé roboty, kterým dokážeme přiřadit různé funkce v mikrofluidních systémech by se jednou dala použít v bioinženýrství, mikrofluidice a mikrovýrobě. Obor mikrorobotiky dlouhodobě usiluje o napodobení mikroorganismů, které se mohou lehce pohybovat ve vodném prostředí a zároveň na něj reagovat, avšak robot složený z pevných součástek o velikosti mikrometrů není v takovém prostředí životaschopný. Zkoumaní mikroplavci jsou objekty o velikosti několik desítek mikronů, které vyrábíme pomocí tzv. stop-flow litografie (SFL). Část robota je tvořená z termoresponzivního hydrogelu obsahující nanočástice zlata, která se při fototermickém zahříváním laserem reverzibilně smršťuje. Každé smrštění způsobí pohyb dvou elastických ramen, které jsou na jedné straně spojené právě tímto hydrogelem. Podařilo se mi prokázat, že při vhodném složení, kompozici a délky pulzu laserem ramena vykonávají undulační pohyb, který je nereciproční a tudíž způsobuje dopředný pohyb mikroplavce. Experimenty probíhají zatím pouze na dně, ale bude následovat prověření pohybu mirkoplavce, který se bude vznášet v roztoku.  

Více než 80 % produktů světového chemického průmyslu je vyráběno za přispění heterogenně katalyzovaných reakcí. A ať už se jedná o oxichloraci ethylenu prováděnou v trubkovém reaktoru plněném Raschigovými kroužky nebo o konverzi znečišťujících plynů v katalytických filtrech výfukových systémů automobilů, je dostupnost přesných, verifikovaných a validovaných modelů heterogenně katalyzovaných reaktorů stěžejní pro návrh a optimalizaci těchto procesů. Cílem naší práce je připravit sérii modelových úloh k verifikaci klíčových komponent našeho dříve vyvinutého konečně-objemového řešiče pro přímou numerickou simulaci neizotermních dějů probíhajících v katalytických reaktorech. Konkrétně jsme se zaměřili na spojení vnitřního transportu hmoty a tepla uvnitř porézních médií s vnějším transportem v proudícím plynu a na představení modelové aplikace.  

S ohledem na stále přísnější normy na obsah škodlivin vypouštěných do ovzduší se výrobci automobilů v posledních letech snaží o minimalizaci zastoupení těchto látek ve výfukových plynech. Jako nejlepší způsob se ukazují katalytické filtry pevných částic, které regulují jak škodlivé plyny, tak částice vznikající při spalování paliva. Při používání filtrů dochází k zanášení sazemi. Parametr, charakterizující množství zachycených sazí, se nazývá filtrační účinnost. Další důležitým parametrem je katalytická aktivita, přičemž zachycené pevné částice znesnadňují plynné směsi přístup ke katalytické vrstvě. Tato práce se zaměřuje na katalytickou oxidaci CO v závislosti na zanesení filtru sazemi. Pozorovaná závislost konverze CO na teplotě a zanesení sazemi byla naměřena pro několik vzorků katalytických filtrů, lišících se mikrostrukturou naneseného katalyzátoru. Porovnání zápalných křivek CO na čistém a zaneseném filtru umožnilo vyhodnotit negativní efekt pevných částic na katalytickou aktivitu jednotlivých vzorků a vybrat nejvhodnější mikrostrukturu katalyzátoru.

Příprava a optimalizace CBD emulzí Kanabinoidy jsou skupinou přírodních látek, která je obsažena hlavně v konopí setém. Obecně bychom je mohli rozdělit na fytokanabinoidy (původem z rostlin), endokanabinoidy (přirozená součást nervového systému živočichů) a syntetické kanabinoidy.  V současnosti se kanabinoidy začaly dostávat do čím dál většího povědomí společnosti, businessu a marketingu, a to i přes jejich ne zcela ověřené zdravotní účinky. Nejznámějšími zástupci jsou Δ⁹-tetrahydrokanabinol (THC) a canabidiol (CBD), kde CBD na rozdíl od THC psychoaktivní účinky nemá. Rostlinné kanabinoidy se v těle váží na přirozené receptory endokanabinoidního systému nervové soustavy, kde působí jako neurotransmitery. Působením na nervový systém se CBD přisuzují analgetické, protizánětlivé a antiepileptické účinky, které by v budoucnu mohly být využity pro léčbu např. revmatoidní artritidy.  Způsoby aplikace CBD jsou omezené kvůli jeho vysoké lipofilitě a nízké biodostupnosti. Výhodou je jeho formulace ve formě vodné emulze, jejíž příprava a optimalizace byly cílem této práce. Podařilo se připravit emulzi o stejném složení a různou distribucí kapek změnou metody a procesních parametrů. Následně testována biodostupnost CBD in vivo.