Master's Thesis

Poly(ethylene glycol)-Based Hydrogels Exhibiting Responsive Structural and Mechanical Transitions

Final Thesis 1.73 MB

Author of thesis: Bc. Jakub Fornůsek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří Smilek, Ph.D.

Reviewer: prof. Ing. Milan Kráčalík, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the preparation of poly(ethylene)glycol based smart hydrogels with the addition of N-isopropylacrylamide via light induced free-radical polymerization. These materials are specific for their ability to respond to ambient temperature changes by altering the hydrophobicity of the polymer network, followed by the partial release of the aqueous phase from the hydrogel network. The objective of this thermal response is to enable targeted and controlled management of the material’s mechanical and transport properties, which is applicable, for example, in systems for drug delivery and release. The thesis further focuses on characterisation of the prepared samples using compression DMA, UV-rheometry, temperature ramps and swelling experiments. As part of the preparation optimization,
the influence of the poly(ethyleneglycol)diacrylate and N-isopropylacrylamide individual reaction components and the tempering method on final mechanical properties was investigated. By using DMA, the behavioral changes of hydrogels in response to changes in their temperature were observed, confirming that visible changes in viscoelastic properties occur already at 6 % (w/v) addition of NIPAm. Visual tests and rheometric measurements were performed to investigate the phase transition temperature of the prepared hydrogels, which was subsequently compared with the theoretically determined value. The crosslinking process was observed in real-time via UV rheometry, revealing a direct correlation between NIPAm concentration and the rate of polymerization reaction. Final swelling experiments analyzed the effect of NIPAm addition at various temperatures on the final absorption capacity of hydrogel networks.

Keywords:

Smart hydrogels, poly(ethyleneglycol)diacrylate, poly(N-isopropylacrylamide),
UV polymerization, rheometry, dynamic mechanical analysis, swelling

Date of defence

25.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Student seznámil členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Student akceptoval všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděl v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Zmiňujete normálovou sílu u reometru, můžete to objasnit? Pokud by gel nebyl inteligentní, reagoval by hydrogel na změnu prostředí? doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. V rámci obhajoby jste zmínil, že doporučuje rozšířit stimuly, na které jsou gely schopné reagovat, můžete to objasnit? Jaké další změny by bylo možné využít? Jaké by pak bylo jejich využití? Zmiňujete gel z dvou složek, který je který? Který tvoří sít gelu? Mgr. Ondřej Vašíček, Ph.D. Zmínil jste, že se jedná o inteligentní hydrogel, v čem spočívá jeho „inteligence“? Jaké jsou aplikace těchto chytrých gelů? Testovali jste biokompatibilitu hydrogelů? Student odpověděl na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi student prokázal výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomant prokázal nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry for Medical Application (NPCP_CHMA)

Specialization

Chemistry of Bioactive Substances (CHBL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
Mgr. Ondřej Vašíček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jiří Smilek, Ph.D.

Diplomová práce Jakuba Fornůska se zabývá přípravou a charakterizací termoresponzivních hydrogelů na bázi PEGDA a N-isopropylakrylamidu. Práce tematicky navazuje na předchozí výzkum realizovaný na pracovišti a věnuje se poly(ethylenglykol) diakrylátu problematice inteligentních hydrogelových systémů využitelných například v biomedicínských aplikacích či systémech řízeného uvolňování látek.

Za silnou stránku práce považuji zejména rozsah experimentální části, fakž, že se věnuje zcela novému směru inteligentních teplotně responzivních hydrogelů a množství realizovaných měření. Student provedl optimalizaci podmínek přípravy hydrogelů a následně využil několik vhodně zvolených metod charakterizace, jako jsou DMA měření, UV-reometrie, teplotní rampy či botnací experimenty. Pozitivně hodnotím také snahu řešit praktické problémy spojené s experimentální metodikou, například korekci skutečné teploty během měření a ověřování přesnosti použitého měřicího systému. Z práce je patrné, že student získal dobré laboratorní zkušenosti a osvojil si práci s instrumentální technikou.

Slabší stránkou práce je místy příliš popisný charakter textu, a to jak v teoretické části, tak v samotné diskuzi výsledků. Některé pasáže působí spíše jako souhrn literatury nebo komentovaný popis pozorovaných trendů bez hlubší analytické interpretace. V práci by bylo vhodné více zdůraznit vlastní přínos studenta, důsledněji diskutovat získané výsledky v kontextu literatury a více se zaměřit na mechanismy pozorovaných jevů. V některých částech by rovněž prospělo stručnější a přesnější formulování textu.

Jakub během řešení práce pravidelně docházel na konzultace a aktivně komunikoval průběh experimentů i dosažené výsledky. Přístup studenta k práci hodnotím jako zodpovědný a systematický. Současně se však domnívám, že student mohl při řešení práce vystupovat více iniciativněji a častěji přicházet s vlastními návrhy experimentálního postupu či interpretace výsledků, nikoliv se primárně opírat o doporučení vedoucího / konzultanta práce.

Předložená diplomová práce i přes uvedené připomínky splňuje požadavky kladené na diplomové práce na pracovišti studenta. Jakub prokázal schopnost samostatné laboratorní práce, orientaci v odborné literatuře i schopnost zpracovat a interpretovat experimentální data. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm B – velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání B
Studium literatury a její zpracování B
Využití poznatků z literatury B
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Závěry práce a jejich formulace B
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů B

Grade proposed by supervisor: B

Principiálně velmi zdařilou a obsáhlou diplomovou práci mírně snižuje formální zpracování, resp. kontrola formálních náležitostí (např. str. 45, 47, 53: "Chyba! Nenalezen zdroj odkazů."
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem C
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. 1/ Na str. 64 je diskuse na téma normálové síly - tuto by za normálních okolností měl reometr udržet (při patřičném nastavení) i v oscilačním smykovém toku. Je představa, proč v tomto případě reometr nedokázal normálovou sílu udržet na požadované hodnotě během experimentu?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová