Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Charakterystyka poliestrów i ich produktów degradacji

Sikorska W., Musioł M., Rydz J., Adamus G., Rychter P., Šiškova A., Kowalczuk M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2017

|

T. 23, Nr 5 (179)

427--433

PL

Aktualnie obserwowane tendencje w badaniach nad wytwarzaniem polimerów z surowców odnawialnych, a także w zakresie ich analizy wskazują na systematyczny wzrost zainteresowania tego rodzaju materiałami polimerowymi. Zastosowanie wyrobów wykonanych z polimerów biodegradowalnych, które po okresie użytkowania podlegają recyklingowi organicznemu znacznie obniża obciążenie środowiska zużytymi opakowaniami i pozwala na ich racjonalną utylizację w wyniku kompostowania przemysłowego. Zasadniczą rolę podczas doboru polimeru do konkretnych zastosowań odgrywa precyzyjna charakterystyka materiału. Techniki analityczne stosowane w tym obszarze to między innymi różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC), chromatografia żelowa (GPC), wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC), dynamiczna analiza właściwości mechanicznych (DMA), spektrometria mas (np. ESI-MSn, MALDI-MS, APCI-MS), spektroskopia NMR oraz spektroskopia absorpcyjna (IR, UV-VIS), a także techniki mikroskopowe (np. mikroskopia sił atomowych, AFM). W artykule omówiono wybrane polimery biodegradowalne i techniki analityczne związane z prowadzonymi badaniami własnymi.

EN

Current trends in research on the production of polymers from renewable resources as well as in the field of their analysis indicate a systematic increase in interest in such polymeric materials. The use of products made from biodegradable polymers, which after usage are subjected to organic recycling, significantly reduce the environmental burden of the used packaging and allows for their rational disposal by industrial composting. The precise characteristic of the material plays a crucial role in the selection of polymer for the specific applications. The analytical techniques applied in this area include differential scanning calorimetry (DSC), gel permeation chromatography (GPC), high performance liquid chromatography (HPLC), dynamic mechanical analysis (DMA), mass spectrometry (ESI-MSn, MALDI-MS, APCI-MS), nuclear magnetic resonance (NMR) and absorption spectroscopy (IR, UV-VIS) as well microscopic techniques (e.g. atomic force microscopy, AFM). The article discusses selected biodegradable polymers and analytical techniques related to own research.

2

Degradability of cross-linked polyurethanes/chitosan composites

Brzeska J., Morawska M., Heimowska A., Sikorska W., Tercjak A., Kowalczuk M., Rutkowska M.

Polimery

|

2017

|

T. 62, nr 7-8

567--575

EN

Polyurethanes with synthetic poly([R,S]-3-hydroxybutyrate) in the soft segment and with polycaprolactone triol as cross-linker were blended with chitosan and degraded in hydrolytic and oxidative solutions. Progress of the degradation of the samples was evaluated by changes in their weight, surface topography and thermal properties. Increasing the poly([R,S]-3-hydroxybutyrate) content in soft segment as well as blending with chitosan resulted in an increase in degradability of cross-linked polyurethanes in both solutions.

PL

Poliuretany zawierające syntetyczny poli([R,S]-3-hydroksymaślan) w segmencie giętkim oraz polikaprolaktonotriol jako związek sieciujący zmieszano z chitozanem i poddano degradacji w roztworach hydrolitycznym i utleniającym. Postęp rozkładu kompozytów oceniano na podstawie zmiany masy, powierzchni i właściwości termicznych próbek. Zarówno zwiększenie zawartości poli([R,S]-3-hydroksymaślanu) w segmencie giętkim poliuretanów, jak i zmieszanie ich z chitozanem spowodowało wzrost podatności usieciowanych poliuretanów na degradację w obu rodzajach roztworów.

3

Bioactive oligomers from natural polyhydroxyalkanoates and their synthetic analogues

Adamus G., Kurcok P., Radecka I., Kowalczuk M.

Polimery

|

2017

|

T. 62, nr 4

317--322

EN

Contemporary reports on the bioactive oligomers derived from natural aliphatic co-polyesters (PHA) and their synthetic analogues, formed through anionic ring-opening polymerization (ROP) of β-substituted β-lactones are presented. Synthetic routes for such oligomers, developed mostly by Polish authors, are discussed. The described approaches enable design of novel biodegradable and bioactive oligomers for diverse applications in medicine, cosmetic industry and agrochemistry.

PL

Przedstawiono przegląd aktualnych wyników badań dotyczących bioaktywnych oligomerów otrzymywanych z naturalnych alifatycznych ko-poliestrów (PHA) oraz ich syntetycznych analogów, uzyskanych na drodze anionowej polimeryzacji z otwarciem pierścienia (ROP) β-podstawionych β-laktonów. Omówiono ścieżki syntezy tych oligomerów opracowane głównie przez polskich badaczy. Zaprezentowane metody umożliwiają projektowanie nowych biodegradowalnych, a zarazem bioaktywnych oligomerów mogących znaleźć różnorodne zastosowania w medycynie, przemyśle kosmetycznym i agrochemii.

4

Kompozyty poliuretanu zawierającego poli([R,S]-3-hydroksymaślan) z chitozanem

Brzeska J., Heimowska A., Morawska M., Niepsuj A., Sikorska W., Kowalczuk M., Rutkowska M.

Polimery

|

2015

|

T. 60, nr 6

391--395

PL

Na osnowie poliuretanów (PUR) zsyntezowanych z biokompatybilnych substratów wytworzono kompozyty z udziałem 2,5 lub 5,0 % mas. chitozanu. Segment sztywny poliuretanów otrzymano z alifatycznego 4,4'-diizocyjanianu dicykloheksylometanu i 1,4-butanodiolu, a segment giętki z polikaprolaktonodiolu i syntetycznego poli([R,S]-3-hydroksymaślanu), w stosunku masowym 90:10 lub 80:20. Twardość poliuretanów i ich kompozytów była typowa dla elastomerów stosowanych w medycynie. Na podstawie termogramów DSC stwierdzono, że wytworzone polimery były semikrystaliczne, a powierzchnia obserwowana pod mikroskopem optycznym wskazywała na strukturę heterogeniczną. Dodatek chitozanu do wytworzonych poliuretanów powodował zmniejszenie przepuszczalności pary wodnej, wpływając jednocześnie na zwiększenie sorpcji wody, natomiast nie zmienił sorpcji oleju.

EN

Polyurethanes synthesized from biocompatible components were used to produce composites with 5 and 10 wt % chitosan content. The hard segments of polyurethanes were obtained from aliphatic 4,4'-methylene dicyclohexyl diisocyanate and 1,4-butanediol, while the soft segments were derived from polycaprolactonediol and synthetic poly([R,S]-3-hydroxybutyrate) in a weight ratio of 90:10 or 80:20. The hardness of polyurethanes and their composites with chitosan was typical for elastomers used in medicine. DSC thermograms showed that the investigated polymers were semicrystalline. The morphology of their surface observed under optical microscope was heterogeneous. The presence of chitosan in the composites reduced their water vapour permeability, resulting at the same time in an increased water sorption, while not influencing the oil sorption of polymer samples.

5

Synteza, właściwości i zastosowanie nowych (bio)degradowalnych poliestrouretanów

Brzeska J., Dacko P., Janeczek H., Janik H., Sikorska W., Rutkowska M., Kowalczuk M.

Polimery

|

2014

|

T. 59, nr 5

365--371

PL

Artykuł stanowi przegląd literaturowy dotyczący badań nad syntezą i wybranymi właściwościami dwóch grup nowych (bio)degradowalnych poliestrouretanów, których segmenty giętkie zawierały zsyntezowane telecheliczne oligoestrodiole: ataktyczny poli([R,S]-3-hydroksymaślan) (a-PHB) lub polilaktyd (PLA) i/lub alifatyczno-aromatyczny kopolimer poli[(tereftlanu-1,4-butylenu)-co-(adypinianu-1,4-butylenu)] (BTA). Przytoczone wyniki wskazują, że poliestrouretany pierwszej grupy są podatne na degradację w środowisku hydrolitycznym i utleniającym. Odpowiednio modyfikowane wykazują potencjalną biostatyczność i hemokompatybilność. Druga grupa poliestrouretanów łączy właściwości obu polimerów, z których otrzymano oligoestrodiole: PLA i BTA, co jest korzystne ze względu na właściwości mechaniczne oraz podatność na degradację, potwierdzoną w badaniach prowadzonych w warunkach kompostowania przemysłowego.

EN

The paper presents a review of studies on the synthesis and selected properties of two types of new (bio)degradable poly(ester urethane)s with soft segments containing telechelic oligoesterdiols: atactic poly([R,S]-3-hydroxybutyrate) (a-PHB) or polylactide (PLA) and/or aliphatic-aromatic copolymer poly(1,4-butylene terephthalate)-co-(1,4-butylene adipate) (BTA). The reported results indicate that poly(ester urethane)s of the first type are susceptible to degradation in a hydrolytic and oxidative environment. When suitably modified, they exhibit potentially biostatic properties, whereas no change in blood parameters after the direct contact with them suggest their hemocompatibility. The second group of poly(ester urethane)s combines the properties of both PLA and BTA polymers used for the preparation of oligoesterdiols, which is advantageous from the viewpoint of mechanical properties and degradation ability, confirmed by biodegradation studies under industrial composting conditions.

6

The preliminary studies of a structure and electrospinning of new polyurethanes based on synthetic atactic poly[(R, S)-3-hydroxybutyrate]

Sajkiewicz P., Brzeska J., Denis P., Sikorska W., Kowalczuk M., Rutkowska M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2014

|

Vol. 62, nr 1

55--60

EN

Novel polyurethanes based on synthetic, atactic poly[(R, S)-3-hydroxybutyrate] (a-PHB) and polycaprolactone (PCL) or polyoxytetramethylene (PTMG) diols were synthesized. It was shown that the presence of a-PHB within soft segments reduces crystallinity of PUR. Because of the low melting temperature for polyurethanes with PCL in soft segments, at this stage of work, electrospinning was limited to polyurethanes containing PTMG and a-PHB. Polyurethane containing 80% of PTMG and 20% of a-PHB was electrospun at various parameters from hexafluoro-2-propanole solution, resulting in formation of fibers with the average diameter ca. 2 μm. The fiber diameter decreased with decreasing polymer concentration in a solution and was practically insensitive to the needle-collector distance in the applied range of distances.

7

Fabrication of PLGA/HAp and PLGA/PHB/HAp Fibrous Nanocomposite Materials for Osseous Tissue Regeneration

Krucińska I., Chrzanowska O., Boguń M., Kowalczuk M., Dobrzyński P.

Autex Research Journal

|

2014

|

Vol. 14, no. 2

95--110

EN

The study presents the manufacturing of nanofibrous structures as osteoconductive, osteoinductive materials for osseous tissue regeneration. The fibrous structures were obtained by electrospinning of poly(l-lactide-coglicolide) (PLGA) with addition of hydroxyapatite (HAp) and of a blend of PLGA with polyhydroxybutyrate with HAp added. The polymers used in the experiment were synthesised by an innovative method with a zirconium catalyst. First, the optimal electrospinning process parameters were selected. For the characterisation of the obtained osseous tissue reconstruction materials, the physical, macroscopic, functional, mechanical and thermal properties as well as crystallinity index were studied. The study of the radiation sterilisation influence on average molar mass, thermal and mechanical properties was made in order to analyse the degradation effect.

8

Morphology and properties of blends of polylactide with amorphous poly(hydroxy butyrate)

Bartczak Z., Gałęski A., Kowalczuk M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2013

|

[R.] 19, nr 1 (151)

68--69

EN

Polylactide (PLA), a biodegradable polymer, produced from annually renewable natural resources, has a glass transition temperature in the range of 50-60°C. As a consequence, PLA is stiff and brittle at room temperature. Significant engineering effort was made to improve PLA’s mechanical performance. This was attempted mostly by blending of PLA with various substances which act as plasticizers and with other polymers. Blending of PLA with other polymers, immiscible with PLA, can lead to significant improvement of drawability and impact strength without any decrease of glass transition temperature. This is achieved by some modification of deformation micromechanisms involved.

PL

Polilaktyd (PLA) jest polimerem produkowanym z surowców odnawialnych i biodegradowalnym. Charakteryzuje się temperaturą zeszklenia w zakresie 50-60°C. Z tego powodu w temperaturze pokojowej jest sztywny i kruchy. Poprawie zachowań mechanicznych PLA poświęcono wiele pracy i wysiłku. Prace te poświęcone były głównie poprawie właściwości mechanicznych przez mieszanie PLA z różnymi substancjami działającymi jako plastyfikatory oraz z innymi polimerami. Mieszanie z innymi polimerami, niemieszalnymi z PLA, może prowadzić do znaczącej poprawy ciągliwości i udarności bez znaczącego obniżenia temperatury zeszklenia, a konsekwencji prawie bez utraty sztywności. Poprawa ta jest uzyskiwana dzięki modyfikacji mikromechanizmów zaangażowanych podczas deformacji materiału.

9

The Properties of Polyurethanes Based on Synthetic Polyhydroxybutyrate for Medical Application

Brzeska J., Janik H., Kowalczuk M., Rutkowska M.

Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni

|

2012

|

nr 74

5--14

EN

Polyurethanes belong to materials commonly used in many different fields of our life. Very important part of their application is using as biomaterial. But their properties have to be appropriate for contact with living organisms. Using in synthesis of polyurethanes the synthetic analog of natural polyhydroxybutyrate - telechelic atactic poly[(R,S)-3-hydroxybutyrate] (a-PHB) could make them more biocompatible. The investigated polyurethanes were synthesized with aliphatic and aromatic diisocyanate. Their soft segments were built with polycaprolactone and a-PHB. The physical, mechanical, thermal properties and degradability of obtained polyurethanes were estimated. The polyurethane samples were also checked for medical application. After the extraction in hexane and sterilization their influence on blood parameters and on pathogenic microorganisms were estimated. The obtained polyurethanes were amorphous and hydrophilic but the amount of absorbed water was small and is on the same level for both materials. Sterilization of aliphatic polyurethane samples insignificantly changed the mechanical properties whereas aromatic polyurethane seemed to be more sensitive to conditions of sterilization. The results of polyurethane degradation indicated higher influence of oxidative than hydrolytic mechanism. The presence of aliphatic polyurethane decreased the growth of some pathogenic microorganisms. Both kinds of polymers did not change the parameters of whole blood. In conclusion it could be stated that aliphatic polyurethane based on atactic poly[(R,S)-3-hydroxybutyrate] displayed the properties appropriate for further investigations for medical application without the risk of generation the cancerogenic degradation products which could be formed from polyurethane obtained with aromatic diisocyanate.

10

Podatność na degradację poliuretanów z syntetycznym polihydroksymaślanem w środowisku utleniającym i hydrolitycznym

Brzeska J., Dacko P., Heimowska A., Janik H., Kowalczuk M., Rutkowska M.

Ochrona przed Korozją

|

2012

|

nr 1

8-14

PL

Poliuretany (PURs), zawierające w segmencie giętkim ataktyczny, telecheliczny poli([R,S]-3-hydroksymaślan) (a-PHB) oraz polikaprolaktonodiol (PCL) lub polioksytetrametylenodiol (PTMG), poddano degradacji hydrolitycznej i oksydacyjnej. Segment sztywny zbudowany był z 4,4'-diizocyjanianu difenylometylenu (MDI) lub 4,4'-diizocyjanianu dicykloheksylometylenu (H12MDI) oraz 1,4-butanodiolu (1,4-BD). Dla porównania zsyntezowano PURs bez a-PHB. Poliuretany poddano degradacji hydrolitycznej w buforze fosforanowym z dodatkiem NaN3 w czasie 36 tygodni oraz oksydacyjnej w roztworze CoCl2/H2O2 w czasie 16 tygodni inkubacji. Próbki inkubowano w temperaturze 37oC. Postęp degradacji śledzono poprzez kontrolowanie masy próbek poliuretanów oraz obserwację ich powierzchni pod mikroskopem optycznym w świetle odbitym bez polaryzatora. Poliuretany, zawierające syntetyczny, taktyczny poli([R,S]-3-hydroksymaślan) wykazały większą wrażliwość na degradację oksydacyjną niż hydrolityczną. Na powierzchni poliuretanów poddanych działaniu roztworu oksydacyjnego zaobserwowano wyraźną erozję próbek. Zastosowanie alifatycznego diizocyjanianu w syntezie poliuretanów zwiększyło podatność poliuretanów na degradację, zwłaszcza w środowisku hydrolitycznym, w porównaniu do poliuretanu z diizocyjanianem aromatycznym. Znacznie większe zmiany masy oraz powierzchni próbek zaobserwowano dla poliuretanów z PTMG niż z PCL w segmencie giętkim.

EN

New polyurethanes with synthetic polyhydroxybutyrate in their soft segments were degraded under hydrolytic and oxidative conditions. The soft segments of the investigated polyurethanes were built of polytetramethylene glycol (PTMG) and atactic poly[(R,S)- 3-hydroxybutyrate] (a-PHB) or polycaprolactone diol (PCL) and a-PHB, whereas the hard segments consisted of 4,4'-diisocyanate dicyclohexylmethane (H12MDI) and 1,4-butane diol. For comparison PURs without a-PHB and PURs based on 4,4'-diisocyanate diphenylmethane (MDI) were also prepared. The hydrolytic degradation was carried out at 37oC for 36 weeks using a phosphate buffer solution (pH = 7.41). The oxidative degradation was done by using 0.1 M CoCl2 in 20 % H2O2 at 37oC for 16 weeks. The weight changes were estimated during the degradation process. The surface changes of the polyurethanes were tested under an optical microscope after incubation in both the environments. Polyurethane samples containing synthethic, atactic poly([R,S]-3- hydroxybutyrate) were more susceptible to oxidation than to hydrolysis. The surface of polymers incubated in the oxidizing solution was destroyed, whereas the surface of the polymers incubated in the hydrolytic solution was only slightly changed. The presence of aliphatic diisocyanate in the hard segments, in comparison with aromatic diisocyanate, was responsible for a higher rate of degradation of the polymers in the hydrolytic environment. Much more visible surface changes of polyurethanes with PTMG in their soft segments suggest a higher vulnerability to oxidation and hydrolysis of those polymers than in the case of PURs with PCL.

11

Badania materiałów makrocząsteczkowych

Kowalczuk M., Kowacka E.

Laboratorium - Przegląd Ogólnopolski

|

2012

|

nr 3-4

8--10

PL

Z prof. dr hab. Markiem Kowalczukiem, członkiem Rady Naukowej Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN w Zabrzu, kierownikiem projektu "Materiały opakowaniowe nowej generacji z tworzywa polimerowego ulegającego recyklingowi organicznemu" o badaniach nad wytwarzaniem i właściwościami polimerów, przyszłości materiałow biodegradowalnych oraz aktualnych działaniach podejmowanych przez Centrum rozmawia redaktor naczelna Elżbieta Kowacka.

12

Ulegające recyklingowi organicznemu opakowania kosmetyków : analiza termiczna w badaniach stabilności systemu produkt-opakowanie biodegradowalne

Rydz J., Wolna-Stypka K., Musioł M., Janeczek H., Kowalczuk M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2011

|

[R.] 17, nr 5

382-384

PL

Konwencjonalne tworzywa polimerowe są powszechnie stosowane jako opakowania żywności, kosmetyków i leków. Ze względu na powolny rozpad takich opakowań, stosowanie polimerów "tradycyjnych" może być uciążliwe dla środowiska naturalnego. Zaawansowanie badań dotyczących polimerów biodegradowalnych jako opakowań w przemyśle kosmetycznym jest ciągle w fazie wstępnej. Zmiany właściwości termicznych i stopnia krystaliczności podczas degradacji folii z PLA w mediach będących składnikami kosmetyków w temperaturze 70°C badano za pomocą skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC).

EN

In recent years plastics were widely used as food, cosmetic and drug containers. However, due to slow degradation of such packaging, the use of conventional plastics brings significant environmental problems. Development of research concerning biodegradable polymers as packaging materials in cosmetic industry is still needed. The degree of PLA film degradation process in cosmetic simulants as the changes in thermal properties and crystallinity during degradation at 70°C has been characterized by differential scanning calorimetry experiment (DSC).

13

Wpływ syntetycznego polihydroksymaślanu na wybrane właściwości nowych, otrzymanych z jego udziałem, poliuretanów do zastosowań medycznych. Cz. II. Poliuretany z cykloalifatycznym diizocyjanianem w segmencie sztywnym

Brzeska J., Dacko P., Janeczek H., Kowalczuk M., Janik H., Rutkowska M.

Polimery

|

2011

|

T. 56, nr 1

27-34

PL

Zsyntezowano poliuretany, w których segmenty giętkie były zbudowane z telechelicznego, zakończonego obustronnie grupami -OH, ataktycznego poli([R,S]-3-hydroksymaślanu) (a-PHB) i polikaprolaktonodiolu (PCL) lub z a-PHB i polioksytetrametylenodiolu (PTMG). Segment sztywny to produkt reakcji 4,4'-diizocyjanianu dicykloheksylenometanu (H12MDI) i 1,4-butanodiolu (1,4-BD). Określono wpływ wprowadzenia do segmentu giętkiego a-PHB na wybrane właściwości termiczne, mechaniczne oraz sorpcję wody i oleju roślinnego nowych poliuretanowych materiałów alifatycznych przeznaczonych do zastosowań medycznych. Oznaczono masę suchej pozostałości po ekstrakcji wrzącym heksanem oraz skuteczność procesu sterylizacji i jego wpływ na właściwości mechaniczne otrzymanych produktów. Wyniki DSC wskazują, że wprowadzenie do łańcucha segmentu giętkiego a-PHB z boczną grupą metylową zaburza uporządkowanie w obszarze segmentów giętkich i sztywnych, przesuwając temperaturę zeszklenia segmentów giętkich w stronę wyższych wartości. Zmniejsza się jednocześnie stopień krystaliczności poliuretanów. Obecność w łańcuchu PUR syntetycznego a-PHB zwiększa nieco sorpcję wody, zmniejsza zaś sorpcję oleju PUR zbudowanych z PTMG i a-PHB. Masa suchej pozostałości po ekstrakcji wrzącym heksanem próbek PUR, z udziałem a-PHB, nie przekracza dopuszczalnej wartości. Testy mikrobiologiczne wytworzonych PUR dowodzą skuteczności sterylizacji plazmą. Wytrzymałość na rozciąganie próbek po sterylizacji zwiększa się. Otrzymane alifatyczne poliuretany mogą być użyte jako biomateriały polimerowe w zastosowaniach medycznych, niewymagających dużej wytrzymałości na zrywanie.

EN

Polyurethanes, in which the soft segments have been built from synthetic telechelic atactic poly([R,S]-3-hydroxybutyrate) with OH groups at both ends (a-PHB) and polycaprolactanodiol (PCL) or from a-PHB and polyoxytetramethylenodiol (PTMG), while the hard segments are a product of the reaction between 4,4'-methylene dicyclohexyl diisocyanate (H1,2MDI) and 1,4-buthanediol (1,4-BD) have been synthesized (Table 1). The influence of the introduction of a-PHB into the soft segment of these novel aliphatic polyurethane materials designated for applications in medicine on selected thermal (Table 2) and mechanical (Table 6) properties and also on the sorption of water (Fig. 1.) and vegetable oil (Table 4) was determined. The weight of the dry residue after boiling hexane extraction as well as the efficiency and influence of sterilization on the mechanical properties of the obtained products was evaluated. DSC results reveal that the introduction of a-PHB with a methyl side group into the soft segment disorders both the soft and hard segment regions and shifts the glass temperature to higher values while lowering the crystallinity of the polyurethanes. The presence of synthetic a-PHB in the PUR chain slightly improves water sorption, but decreases the oil sorption of PUR prepared from PTMG and a-PHB. The weight of the dry residues after boiling hexane extraction of the PUR/a-PHB samples did not exceed the standard values. Microbiological tests confirm the possibility of efficient plasma sterilization of the obtained aliphatic PUR. Increased values of elongation at break tests were obtained after sterilization of the samples. The obtained aliphatic po

14

Surface functionalization for tissue analog of blood contacting materials

Major R., Lackner J. M., Wilczek P., Sanak M., Sobota M., Kowalczuk M., Marczak J., Maksymow K., Major B.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

545-548

EN

Selection of materials designed for surface modification of blood contacting polymer devices has been made. The materials like: TiN, Ti(C, N) and a-C:H (DLC doted with Si or Ti) were selected. Fabrication of functional coatings on polymer surfaces modified using surface engineering methods was realized. It determines an essential progress in problems development leading to fabrication of a final organic coating contacting with blood. This has been postulated by medical doctors. Biomimetic surface modification in direction of extracellular matrix (ECM) formation onto implant surfaces of cardiovascular devices seems to be a perspective method for hemocompatibility improvement. Re-creation of internal structure of vessel wall could be a good solution which allows a long term implantation. For optimization of cell growth it is an essential creation of a suitable spatial scaffold architecture on which cells are deposited. In reality, cells do not go into a direct contact with the material of scaffold, but always joint with a layer of adsorbed respective proteins which nature state and type have an essential influence on cell adhesion. Research work has been performed in area of four problems i.e. (i) cell migration inside migration channels, laser ablation was used for channel fabrication; (ii) analysis of protein adsorption with application of Foetal Buffer Serum, adsorption of albumin was studied, (iii) surface functionalization with application of electrospinning and polyelectrolites which in subsequent stages should lead to design of tissue analog; (iv) analysis of survival and endothelium cell proliferation, human endothelium cells HUVEC line were used in the study. Structure diagnostic was carried out with application of confocal microscopy dedicated to biomedical studies. Reaction of cell-material was studied in static and dynamic conditions.

PL

Na podstawie zrealizowanych badań strukturalnych i diagnostyki biomedycznej dokonano selekcji materiałów przeznaczonych do modyfikacji powierzchni elementów polimerowych przewidzianych do kontaktu z krwią. Wytypowano następujące materiały: stechiometryczny TiN, Ti(C, N) oraz a-C:H (DLC dotowane Si lub Ti). Wykonano funkcjonalne powłoki na materiałach poliuretanowych zmodyfikowanych metodami inżynierii powierzchni. Stanowi to bardzo istotny postęp w rozwoju problematyki i prowadzi do uzyskania organicznej finalnej powłoki kontaktowej z krwią, co postulowane jest przez lekarzy. Biomimetyczna modyfikacja powierzchniowa w kierunku struktury macierzy zewnątrzkomórkowej implantów układu sercowo-naczyniowego jest obiecującą metodą poprawy hemozgodności. Odtworzenie struktury wewnętrznej ściany naczynia może być właściwym rozwiązaniem pozwalającym na długoterminową implantację. W celu optymalizacji wzrostu komórek istotne jest odtworzenie właściwej przestrzennej architektury rusztowania, na którym są osadzane komórki. W rzeczywistości komórki nie wchodzą w bezpośredni kontakt z materiałem rusztowania, ale zawsze łączą się z warstwą zaadsorbowanych odpowiednich białek, których natura i typ ma istotny wpływ na adhezję komórkową. Badania prowadzono w obszarze czterech zagadnień: (i) migracji komórkowej na materiałach z kanalikami migracyjnymi uzyskanymi metodą ablacji laserowej; (ii) analizy adsorpcji białek z zastosowaniem surowicy cielęcej (Foetal Buffer Serum), analizowano adsorpcję albuminy; (iii) funkcjonalizacji powierzchni z zastosowaniem polielektrolitów, które w dalszych etapach powinno doprowadzić do konstrukcji analogu tkankowego; (iv) analizy przeżywalności i proliferacji komórek śródbłonka, do badań zastosowano ludzkie komórki śródbłonka linii HUVEC. Diagnostykę strukturalną realizowano z zastosowaniem mikroskopu konfokalnego dedykowanego do badań biomedycznych. Oddziaływanie materiał-komórka rozważane było w warunkach statycznych i dynamicznych.

15

Wstępne badania biokompatybilności poliuretanów otrzymanych z udziałem syntetycznego polihydroksymaślanu

Brzeska J., Janik H., Kowalczuk M., Rutkowska M.

Engineering of Biomaterials

|

2011

|

Vol. 14, no. 106-108

65--72

PL

Zastosowanie w syntezie poliuretanów niemal zupełnie amorficznego ataktycznego poli([R,S]-3- hydroksmaślanu), bliskiego stanu, w jakim polihydroksymaślan naturalnie występuje w komórce, prowadzić może do otrzymania biokompatybilnego i biodegradowalnego materiału dla zastosowań medycznych. Celem pracy było oznaczenie sorpcji oleju, ekstrakcja wodą i heksanem poliuretanów otrzymanych z udziałem poli([R,S]-3-hydroksmaślanu) oraz ich wpływu na parametry krwi. Wysoka sorpcja oleju roślinnego przez próbki poliuretanów otrzymane z udziałem PTMG i poli([R,S]-3-hydroksmaślanu) oraz przebieg widm FTIR po ekstrakcji heksanem wskazują na potencjalną podatność tych polimerów na działanie tłuszczy w organizmie żywym. Nieznaczny tylko wpływ na parametry krwi, oznaczony przez porównanie wartości parametrów hematologicznych pełnej krwi po kontakcie z próbkami polimerów z próbką kontrolną, wskazuje na celowość dalszych badań w kierunku oznaczenia potencjalnej hemokompatybilności otrzymanych poliuretanów.

EN

Using in polyurethanes synthesis almost completely amorphous, atactic poly([R,S]-3-hydroxybutyrate) which is close to its original state in the cell, ought to let to obtain biocompatible and biodegradable material useful for medical application. The aim of work was to measure of oil sorption by obtained polyurethanes, based on poly([R,S]-3-hydroxy- butyrate), and their water and hexane extraction and the estimation of their influence on blood parameters. The high oil sorption by polyurethane samples synthesized with polyoxytetramethylene diol and poly([R,S]- 3-hydroxybutyrate) in soft segments and FTIR spectra of dry residue after hexane extraction indicate on potential susceptibility of those polyurethanes to lipids in living organism. Insignificant influence on blood parameters, estimated by comparison of values of hematologic parameters of whole blood contacted to polymers’ samples and control probe indicate on purposefulness of further tests to verify the hemocompatibility of obtained polyurethanes.

16

Wpływ poliuretanów z syntetycznym polihydroksymaślanem na wzrost mikroorganizmów

Brzeska J., Janik H., Kowalczuk M., Rutkowska M.

Engineering of Biomaterials

|

2011

|

Vol. 14, no. 106-108

73--78

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań oddziaływania nowych alifatycznych poliuretanów (PUR), otrzymanych z udziałem ataktycznego poli([R,S]-3- hydroksymaślanu (a-PHB), na wzrost Staphylococcus aureus, Escherichia coli i Candida albicans wokół próbek polimerów. Strefa zahamowania wzrostu mikroorganizmów oznaczona została także dla handlowego, biomedycznego poliuretanu - ChronoThane T oraz dla czystego rozpuszczalnika, użytego do syntezy poliuretanów (N,N-dimetyloformamidu). Najbardziej wrażliwym na działanie materiału poliuretanowego w warunkach prowadzenia doświadczenia był szczep Staphylococcus aureus, najmniej zaś - Candida albicans. Wykluczono wpływ czystego rozpuszczalnika na wzrost mikroorganizmów. Natomiast ChronoThane T tylko w niewielkim stopniu ograniczył ich wzrost. Stwierdzono więc, że obecność poli([R,S]- 3-hydroksymaślanu w strukturze poliuretanów wpłynęła na ich właściwości biostatyczne.

EN

In the present study the influence of novel aliphatic polyurethanes (PUR), based on atactic poly([R,S]-3- hydroxybutyrate) (a-PHB), on growth of Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Candida albicans in the area around polymer samples has been estimated. For comparison measurement of zone of inhibition was also performed for ChronoThane T – the medical grade aliphatic polyurethane and for pure solvent - N,N-dimethylformamide used in the synthesis of polyurethanes. Staphylococcus aureus was the most sensitive microorganism to polymer material in conditions of investigation whereas Candida albicans – the most resistant. The influence of pure solvent on microorganisms growth was excluded and ChronoThane T only in small degree restricted bacterial vitality so it was concluded that presence of poly([R,S]-hydroxybutyrate) in polymer structure was responsible for biostatic properties of obtained polyurethanes.

17

Functional cardio-biomaterials

Major R., Lackner J., Wilczek P., Sanak M., Jakieła B., Stolarzewicz B., Kowalczuk M., Sobota M., Maksymow K., Spisak M., Major B.

Advances in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, nr 2(28)

5-25

EN

Titanium as well as carbon based biomaterials, seem to be good candidates for future blood-contact applications. Bio-materials such as: Ti, Ti+DLC, TiN; Ti(C,N) with higher carbon concentration and DLC (diamond like carbon) were under examinations. Trials on surface modification of PU (polyurethane) substrate using ion mill were performed. Materials were deposited as thin films by the hybrid pulsed laser deposition (PLD) technique to examine the influence of the fabricated surfaces on cell behavior. The metallic titanium as a target was used for titanium based-film and graphite one for DLC. Phase content of deposited films was controlled by the flowing gas mixture of Ar+N2 and Ar+N2+C2H2 type in the reactive chamber. Sputtering of graphite was carried out in Ar atmosphere. The kinetic energy of the evaporated particles was controlled by application of variation of different reactive and non reactive atmospheres during deposition. Transmission electron microscopy (TEM) was used to reveal structure dependence on specific atmosphere in the reactive chamber. The measurement of the strength of bonds between biomaterials and cells is a major challenge in cellular biology since it allows for the identification of different species in adhesion phenomena. The biomaterial examinations were performed in static conditions with Dictyostelium discoideum cells and then subjected to a dynamical test to observe the cell detachment kinetics. For a given cell, detachment occurs for critical stress values caused by the applied hydrodynamic pressure above a threshold which depends on cell size and physicochemical properties of the substrate, but it is not affected by depolymerization of the actin and tubulin cytoskeleton. Tests revealed differences in behavior in respect to the applied coating material. The strongest cell-biomaterial interaction was observed for the carbon-based materials compared to the titanium and titanium nitride. A surface fuctionalization was realized by: (i) fabrication of migration channels by laser ablation, (ii) electrospinning and (iii) deposition of multilayer film from polyelectrolites. A goal of the performed research was formation of scaffolds for bio-mimetic coatings. Surface morphology examinations and biomedical studies on porous and semi-porous materials with application of human endothelial cells HUVEC line were performed by application of confocal laser scanning microscopy (CLSM).

18

Degradacja wybranych syntetycznych poliestrów w warunkach kompostowania przemysłowego: wpływ na właściwości kompostu i fitotoksyczność

Herman B., Biczak R., Rychter P., Kowalczuk M.

Proceedings of ECOpole

|

2010

|

Vol. 4, No. 1

133--140

PL

W warunkach kompostowania przemysłowego poddano degradacji wybrane syntetyczne poliestry: poliester alifatyczny - poli(L-laktyd)(PLLA) oraz alifatyczno-aromatyczny kopoliester: kwas tereftalowy/kwas adypinowy/1,4-butanodiol - produkt handlowy o nazwie Ecoflex®. Po dwóch tygodniach degradacji materiałów polimerowych dokonano analizy kompostów. Nie stwierdzono znacznych różnic właściwości fizykochemicznych (pH, gęstość objętościowa, sucha masa, substancje organiczne, konduktancja) kompostów, w których ulegały degradacji badane materiały polimerowe w porównaniu do kompostów kontrolnych. Dla badanych próbek kompostu w warunkach laboratoryjnych przeprowadzono test wzrostu roślin na jęczmieniu jarym (Hordeum vulgare), rzodkiewce (Raphanus sativus L. subvar. radicula Pers) oraz rzeżusze ogrodowej (Lepidium sativum L.). Na podstawie testu fitotoksyczności nie stwierdzono niekorzystnego wpływu kompostów, w których degradowały poliestry na wzrost i rozwój roślin.

EN

The degradation process of selected synthetic polyester: aliphatic polyester poly(L-lactide) PLLA and aliphatic-aromatic copolyester terepthalic acid/1,4-butanodiol/adipic acid under the trade mark Ecoflex® in industrial compost heap has been performed. The basic parameters of compost after 14 days degradation of polymers have been evaluated. It can be concluded that there is almost no polymeric sample effect on the measured compost parameters (pH, bulk density, conductivity and content of dry mass and organic matter) as compared with control medium. Plant growth test for compost after degradation of polyesters using barley (Hordeum Vulgare), as well as common radish (Raphanus sativus L. subvar. Radicula Pers.) and cress (Lepidium sativum L.) in laboratory conditions was performed. On the basis of the results of phytotoxicity test, no harmful effect of post-degradation compost, on the selected plants growth has been noticed.

19

Wpływ syntetycznego polihydroksymaślanu na wybrane właściwości nowych, otrzymanych z jego udziałem poliuretanów do zastosowań medycznych. Cz. I. Poliuretany z aromatycznym diizocyjanianem w segmencie sztywnym

Brzeska J., Dacko P., Janeczek H., Kowalczuk M., Janik H., Rutkowska M.

Polimery

|

2010

|

T. 55, nr 1

41-46

PL

Zsyntetyzowano poliuretany (PUR) z udziałem 37% segmentu sztywnego uzyskanego na etapie przedłużania łańcucha prepolimeru w reakcji 4,4'-diizocyjanianu difenylometanu (MDI) z 1,4-butanodiolem (1,4-BD). Segmenty giętkie wytworzonych PUR były zbudowane z poli([R,S]-3- -hydroksymaślanu) (a-PHB) i polikaprolaktonodiolu (PCL) lub z a-PHB i polioksytetrametylenodiolu (PTMG). Zbadano wpływ obecności w łańcuchu PUR syntetycznego a-PHB na właściwości termiczne i mechaniczne, na sorpcję wody i oleju roślinnego a także na skuteczność sterylizacji wytwarzanych materiałów przeznaczonych do zastosowań medycznych. Metodą DSC wykazano, że wprowadzenie do segmentu giętkiego a-PHB z boczną grupą metylową zaburza podział fazowy, co powoduje przesunięcie temperatury zeszklenia (Tg) segmentów giętkich w stronę wyższych wartości. Obecność a-PHB w łańcuchu zwiększa też hydrofilowość uzyskiwanych produktów wpływając na większą sorpcję wody i mniejszą oleju roślinnego. Testy mikrobiologiczne oraz badania właściwości mechanicznych próbek PUR z udziałem a-PHB świadczą o tym, że można, takie materiały, nie powodując uszkodzeń ich powierzchni, poddawać sterylizacji plazmą, a otrzymane poliuretany nadają się do wykorzystania w medycynie do celów niewymagających dużej wytrzymałości na rozciąganie.

EN

Polyurethanes (PUR) containing 37% of soft segments, obtained by prepolymer chain extension in the reaction of diphenylmethane 4,4'-diisocyanate (MDI) with 1,4-butanediol (1,4-BD) were synthesized. Soft segments of PUR were built either of poly([R,S]-3-hydroxybutyrate) (a-PHB) and polycaprolactonediol (PCL) or a-PHB and polyoxytetramethylenediol (PTMG) (Table 1). The effects of a presence of synthetic a-PHB in the PUR chain on the thermal and mechanical properties, water and vegetable oil sorption, and sterilization efficiency of the materials prepared, designed to medical applications, were investigated. It was shown by DSC method that the introduction of a-PHB with methyl side group to the soft segment disturbed phase segmentation leading to glass transition temperature (Tg) shift to higher values (Tables 2, 3). The presence of a-PHB in the chain increases the hydrophilicity of the products, causing better water absorption and lower absorption of vegetable oil (Table 4, Fig. 1). The results of microbiological tests and the mechanical properties of a-PHB containing PUR samples show that such materials can be subjected to plasma sterilization without surface flaw (Table 5) and PUR obtained can be used for medical applications if not high mechanical strength is required.

20

Badanie przesiąkalności dla krwi uszczelnianych protez naczyniowych

Gawlikowski M., Gorka K., Jarosz A., Kustosz R., Kowalczuk M., Adamus G.

Engineering of Biomaterials

|

2010

|

Vol. 13, no. 99-101

24--25

PL

Celem zadania badawczego była analiza przesiąkalności dla krwi protez naczyniowych uszczelnianych pochodnymi polihydroksymaślanu (PHB).

EN

The aim of the investigation was blood permeability determination of vascular grafts sealed with polyhydroxybutyrate (PHB) derivates.