Spektroskopické studium kolapsu v hydrogelech
| Název práce v češtině: | Spektroskopické studium kolapsu v hydrogelech |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Spectroscopic study of collapse in hydrogels |
| Klíčová slova: | fázový přechod|hydrogel|dvojitá síť |
| Klíčová slova anglicky: | phase transition|hydrogel|double-network |
| Akademický rok vypsání: | 2023/2024 |
| Typ práce: | bakalářská práce |
| Jazyk práce: | |
| Ústav: | Katedra makromolekulární fyziky (32-KMF) |
| Vedoucí / školitel: | doc. RNDr. Lenka Hanyková, Dr. |
| Řešitel: |
| Zásady pro vypracování |
| Studium literatury z oblasti teplotně citlivých polymerů.
Charakterizace hydrogelů pomocí botnacích, DSC a NMR experimentů. Interpretace získaných výsledků. Sepsání bakalářské práce. |
| Seznam odborné literatury |
| K. Dušek. Responsive gels: volume transition I, II. Berlin: Springer-Verlag, 1993.
H. Gunter. NMR Spectroscopy: Basic Principles, Concepts, and Aplications in Chemistry. John Wiley and Sons, Chichester, 1995. J. Šťastná, L. Hanyková, Z. Sedláková, H. Valentová, J. Spěváček: Temperature-induced phase transition in hydrogels of interpenetrating networks poly(N-isopropylmethacrylamide)/poly(N-isopropylacrylamide), Colloid. Polym. Sci., 291, 2409 – 2417, 2013 |
| Předběžná náplň práce |
| Teplotně citlivé hydrogely jsou zajímavé pro své uplatnění v biotechnologii a lékařství. Mohou být využity pro řízené uvolňování léčiv, sloužit jako biokatalyzátory, opravovat poškozené chrupavky a uplatňují se i v optice (kontaktní čočky). Při změně teploty dochází ke skokové změně objemu a rozpouštědlo (voda) je vypuzeno ze struktury hydrogelu, tuto změnu nazýváme fázovým přechodem, kolapsem. Při kolapsu dochází nejen ke změně objemu, ale tento jev ovlivňuje i jiné fyzikální vlastnosti hydrogelu.
Práce se bude věnovat mikroskopické studii kolapsu pomocí spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR). Při kolapsu dochází ke změně pohyblivosti polymerních jednotek a tyto změny se odrazí ve tvaru protonového 1H spektra. Z teplotních závislostí těchto spekter je pak možné určit podíl zkolabovaných polymerních jednotek. Fázový přechod ovlivňuje také dynamiku molekul vody. Při nízkých teplotách voda interaguje s polymerem pomocí vodíkových můstků. Tyto jsou s rostoucí teplotou narušeny a při teplotách nad fázovým přechodem je voda z hydrogelu buď uvolněna nebo zůstává vázána ve zkolabovaných strukturách. V systému tak existují dva druhy vodních molekul - volně pohyblivá voda a vázaná voda vyznačující se velmi omezenou pohyblivostí. Oba typy je možné detekovat v NMR spektru a charakterizovat je pomocí relaxačních dob a difúzních koeficientů. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| Hydrogels are class of polymer materials containing large amount of water. Some of them show significant temperature-dependent volume change. This phase transition (collapse) is a macroscopic manifestation of conformational change when originally flexible polymer chains pack into compact globules at higher temperatures and water molecules are released from these collapsed structures. The ability of hydrogels to react on the change in various external stimuli makes these "smart" systems interesting for possible applications in sensors, actuators etc.
The aim of thesis is microscopic study of the collapse using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The ratio of collapsed units can be determined from temperature dependences of NMR spectra. Relaxation and diffusion experiments will be used to follow dynamics of water molecules during the transition. |