Bachelor's Thesis

Effect of Lignin-Derived Monomeric Compounds on the Antibacterial Properties of Polyhydroxyalkanoates

Final Thesis 829.86 kB

Author of thesis: Monika Horká

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D.

Reviewer: Ing. Zuzana Slavíková, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis focuses on the preparation, characterization, and biological evaluation of composite nanofibrous materials with potential biomedical applications as wound dressings. Biodegradable and biocompatible polyhydroxybutyrate (PHB) was selected as the polymer matrix. To impart the necessary antimicrobial and antioxidant activity, three selected natural phenolic monomers derived from lignin—ferulic acid, coumaric acid, and vanillic acid—were incorporated into the fiber structure.
In the experimental section, the absorption maxima of the pure substances in various solvents were first characterized spectrophotometrically, and their total antioxidant activity was determined using the ABTS•+ cation radical. Functionalized PHB nanofibers with a 10% addition of the active derivatives were successfully fabricated via forcespinning (centrifugal spinning) from a 4% polymer solution in chloroform. Subsequently, the encapsulation efficiency of the process was evaluated spectrophotometrically, and the sustained release kinetics of the individual active substances from the nanofibers into a PBS solution were monitored. A key outcome of this work was the determination of the antimicrobial efficacy of the prepared materials. Testing was performed using the broth dilution method and the resazurin assay against two model bacterial strains—Gram-negative Escherichia coli and Gram-positive Staphylococcus epidermidis. The results indicate that the successful encapsulation of lignin derivatives significantly modifies the properties of PHB nanofibers and paves the way for their application in the field of active healing of infected wounds.

Keywords:

polyhydroxybutyrate, PHB, forcespinning, lignin derivatives, ferulic acid, coumaric acid, vanillic acid, antioxidant activity, antimicrobial activity, resazurin assay, wound dressing

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace student-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla velmi dobrý výtah výsledků své bakalářské práce, zodpověděla dotazy oponentské i členů komise, reagovala na připomínky k bakalářské práci. V diskusi tak studentka prokázala velmi dobrou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky bakalářské práce. Komise, s uvážením hodnocení v posudku a vyjádření vedoucí/ho, zhodnotila její bakalářskou práci celkově jako velmi dobrou. Pekař: K čemu se vztahovala enkapsulační účinnost? Jak je to s hydrofobicitou, resp. rozpustností daných látek? Obruča: Jak se látky dostaly do vláken? Jak si vysvětlujete účinnost více jak 100% u antimikrobiálních testů? Kozáková: Jak se stanovovala enkapsuláční účinnost?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry for Medical Application (BPCP_CHMA)

Composition of Committee

prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Vojtěch Enev, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)

Studentka během řešení bakalářské práce projevovala velký zájem o zadané téma a pracovala velmi zodpovědně. V laboratoři se naučila připravovat funkcionalizovaná PHB nanovlákna metodou forcespinningu a provedla jejich modifikaci ligninovými monomerními deriváty. Dále zvládla spektrofotometrická stanovení, hodnocení antioxidační aktivity, určení enkapsulační účinnosti, sledování uvolňování aktivních látek a základní antimikrobiální testování.
Při experimentální činnosti postupovala pečlivě. Dodržovala stanovené postupy, průběžně konzultovala naměřená data a dokázala o nich věcně diskutovat. Získaná data považuji za spolehlivá a dostatečná pro splnění stanovených cílů. Oceňuji její pracovní nasazení, samostatnost a snahu porozumět použitým metodám.
Požadavky zadání byly splněny. Slabší stránkou práce je místy jednodušší literární rešerše a méně podrobná diskuse některých výsledků, tyto nedostatky však nepovažuji za zásadní.
Podle protokolu systému Theses.cz činila celková podobnost 97 %, ta je však způsobena technickou duplicitou dvou verzí téže práce v systému. Po vyloučení této duplicity dosahuje nejvyšší podobnost s jiným dokumentem přibližně 6 %. Nalezené shody nepovažuji za problematické a práci hodnotím jako originální.
Bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a navrhuji celkové hodnocení výborně (A).
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování C
Využití poznatků z literatury A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Zuzana Slavíková, Ph.D.

Studentka Monika Horká ve své bakalářské práci zpracovala aktuální a odborně relevantní problematiku integrace monomerních derivátů ligninu do polyhydroxyalkanoátových (PHA) materiálů s cílem zlepšit jejich antibakteriální vlastnosti. Předložená práce naplnila všechny cíle stanovené v zadání. Studentka nejprve zpracovala odpovídající literární rešerši zaměřenou na danou problematiku, následně vybrala vhodné monomerní deriváty ligninu a experimentálně ověřila jejich vliv na antibakteriální vlastnosti připravených nanovlákenných materiálů.
Práce je zpracována přehledně, logicky a jednotlivé kapitoly na sebe vhodně navazují. V teoretické části se studentka věnuje charakteristice nanomateriálů se zaměřením na polyhydroxyalkanoáty, dále popisuje strukturu a vlastnosti ligninu a jeho významných monomerních derivátů. Součástí teoretické části je rovněž kapitola zaměřená na metody hodnocení antibakteriálních vlastností. Vzhledem k rozsahu experimentálních metod využitých v praktické části práce by však tato kapitola mohla být zpracována podrobněji a nabídnout širší přehled jednotlivých přístupů používaných při testování antibakteriální účinnosti.
Experimentální část práce je zpracována na odpovídající odborné úrovni. Získané výsledky jsou prezentovány přehlednou formou, zejména prostřednictvím sloupcových grafů doplněných o směrodatné odchylky, což umožňuje lepší posouzení variability naměřených dat a podporuje jejich vypovídací hodnotu. Za určitý nedostatek však považuji poměrně stručnou diskusi dosažených výsledků. Naměřená data jsou sice jasně popsána, avšak jejich interpretace mohla být podrobnější a ve větší míře konfrontována s poznatky publikovanými v odborné literatuře. Literární zdroje jsou v práci využívány převážně v teoretické části, zatímco ve výsledkové a diskusní části by jejich intenzivnější zapojení přispělo k hlubšímu zasazení získaných poznatků do širšího vědeckého kontextu.
Celkový dojem z práce dále mírně snižuje výskyt některých typografických a terminologických nepřesností. Tyto nedostatky však nemají zásadní vliv na odbornou úroveň práce ani na správnost prezentovaných výsledků.
Přes uvedené připomínky považuji práci za kvalitně zpracovanou. Závěry práce jsou formulovány jasně, srozumitelně a odpovídají dosaženým výsledkům. Předložená bakalářská práce splňuje požadavky kladené na vysokoškolské kvalifikační práce. Práci hodnotím známkou B a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Ve své práci jste používala kyselinu ferulovou, p-kumarovou a vanilovou, které patří mezi deriváty ligninu přítomné v lignocelulózové biomase. Jak lze tyto látky z biomasy izolovat a je podle Vás tento způsob jejich získávání v současnosti ekonomicky nejvýhodnější ve srovnání s alternativními metodami výroby?
  2. Jak dlouho a v jakých koncentracích by se podle Vás ideálně měly uvolňovat antibakteriální látky z připravených nanovláken?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová