Master's Thesis

Tailoring the Physicochemical Properties of Polyethylene Glycol Hydrogels through Controlled Modification

Final Thesis 2.85 MB

Author of thesis: Bc. Lucie Urbaníková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří Smilek, Ph.D.

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

Abstract:

This master's thesis presents a systematic comparison of the effects of modifying hydrogel networks based on poly(ethylene glycol) diacrylate using acrylic acid and sodium acrylate. The aim was to clarify how the choice of monomer and its concentration influence the physico chemical and mechanical properties of copolymer hydrogels prepared via radical UV photopolymerization. The kinetics of network formation were monitored using oscilátory rheometry with UV initiation, while mechanical stiffness was quantified using dynamic mechanical analysis. The absorption capacity and network expansion mechanism were studied as a function of monomer composition through kinetic and equilibrium  swelling studies. Furthermore, the thesis includes monitoring the rehydration of xerogels to verify the structural stability and reversibility of the system. This work compares both modification approaches and descusses how specific chemical composition influence the resulting properties of the prepared hydrogels. The results suggest that these materials could be suitable, for example, for use in targeted biomedical applications, such as controlled release drug delivery systems or wound dressings.

Keywords:

Poly(ethylene glycol) diacrylate, acrylic acid, sodium acrylate, UV photopolymerozation, rheology, swelling, hydrogel, xerogel

Date of defence

27.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponenta a odpověděla na otázky. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Zmiňujete dvě vlnové délky u UV lampy, musí být přítomno světlo obou vlnových délek pro fotopolymeraci? Uvádíte, že je gel inteligentní, můžete to objasnit? Jak se projevuje „inteligence“ gelu? Můžete objasnit zkratku PEGDA? Jaké by byly aplikace Vámi připraveného gelu? Byla by možná i aplikace do kosmetiky? doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. Docházelo k porovnání botnání mezi jednotlivými gely? Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. Diplomantka prokázala dobré odborné znalosti i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Food Science and Biotechnology

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.

Studentka Bc. Lucie Urbaníková se ve své diplomové práci zabývá řízenou modifikací fyzikálně-chemických vlastností hydrogelů na bázi poly(ethylenglykol)diakrylátu pomocí kyseliny akrylové a akrylátu sodného. Cílem práce bylo připravit a charakterizovat hydrogelové systémy s rozdílným chemickým složením a sledovat vliv použitých monomerů na kinetiku fotopolymerizace, mechanické vlastnosti a botnací chování připravených materiálů.

Studentka v rámci práce provedla přípravu hydrogelových systémů a realizovala základní experimentální charakterizaci pomocí reometrických měření, studia rovnovážného a kinetického botnání a sledování rehydratace xerogelů. Oceňuji zejména snahu experimentálně porovnat dva různé přístupy chemické modifikace PEGDA hydrogelů a doplnit práci o sledování stability vysušených systémů po opětovné hydrataci. Pozitivně hodnotím také skutečnost, že studentka pravidelně využívala konzultací a průběžně diskutovala experimentální postupy i dosažené výsledky.

Hlavní slabinu práce spatřuji zejména v nižší míře samostatnosti studentky během řešení práce. Studentka většinou postupovala podle doporučení vedoucího práce a jen výjimečně přicházela s vlastními návrhy experimentů, interpretací nebo alternativních postupů řešení. V průběhu zpracování práce se rovněž opakovaně objevovala delší období bez výraznější komunikace, kdy práce nepostupovala kontinuálně a bylo nutné opětovně navazovat na předchozí experimentální činnost.

Samotné zpracování výsledků působí místy poměrně nesystematicky a některé experimentální části nejsou dostatečně vzájemně propojeny. Diskuze výsledků je často vedena pouze na úrovni popisu pozorovaných trendů bez hlubší interpretace fyzikálně-chemických souvislostí. Studentka sice správně popisuje rozdílné chování hydrogelů modifikovaných kyselinou akrylovou a akrylátem sodným, například změny elastického modulu nebo odlišné botnací chování, avšak detailnější vysvětlení příčin těchto jevů a jejich konfrontace s literaturou zůstává omezená. V některých částech práce tak diskuze nepřesahuje úroveň komentovaného popisu naměřených dat.

Přes uvedené připomínky studentka prokázala schopnost realizovat experimentální práci, osvojit si základní laboratorní postupy a pracovat s odbornou literaturou. Předložená diplomová práce splňuje základní požadavky kladené na diplomové práce realizované na FCH VUT, a proto ji doporučuji k obhajobě. S ohledem na výše uvedené skutečnosti navrhuji hodnocení diplomové práce stupněm C – dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání C
Studium literatury a její zpracování C
Využití poznatků z literatury C
Kvalita zpracování výsledků C
Interpretace výsledků, jejich diskuse D
Závěry práce a jejich formulace C
Využívání konzultací při řešení práce B
Celkový přístup k řešení úkolů C

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
prof. Ing. Milan Kráčalík, Ph.D.

Jedná se o zdařilou práci, jejíž úroveň bohužel snižuje formální vyhotovení, na jedné straně překlepy (např. sekce Abstrakt: "byly studovány v závisti na chemickém složení", "using oscilátory rheometry", "and descusses how specific chemical composition" - nebo sekce Keywords: "UV photopolymerozation"), na druhé straně úprava textu (např. sekce Obsah: "Error! …", str. 8, 9, 13, 21: "Error! …Reference", na str. 40 chybí většina textu, na str. 41 ca. polovina.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem E
Závěry práce a jejich formulace B
Topics for thesis defence:
  1. 1/ Prosím o objasnění procesu fotopolymerizace: jaká byla intenzita UV záření a vlnová délka použité UV-lampy?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová