Diplomová práce Simony Novákové se zabývá multimodální charakterizací mechanických vlastností hydrogelových systémů pomocí dynamické mechanické analýzy a mikroskopie atomárních sil. Práce tematicky navazuje na výzkum realizovaný na pracovišti a je zaměřena na studium mechanických vlastností hydrogelů na makroskopické i mikroskopické úrovni.

Studentka během řešení práce realizovala experimentální část zahrnující přípravu hydrogelových systémů na bázi polyethylenglykol diakrylýtu a alginátu sodného, optimalizaci podmínek měření a následnou charakterizaci pomocí dynamické mechanické analýzy a mikroskopie atomárních sil. Pozitivně hodnotím zejména rozsah provedených experimentů a snahu propojit výsledky získané pomocí DMA a AFM měření. Oceňuji také práci s AFM daty, zejména aplikaci Hertzova modelu a postup při vyhodnocování lokálního Youngova modulu.

Studentka prokázala velmi dobrou orientaci v odborné literatuře a schopnost pracovat s aktuálními literárními zdroji. Literární poznatky byly vhodně využity při návrhu experimentální části práce, i když hlubší kritické porovnání některých výsledků s publikovanými daty mohlo být místy propracovanější.

Výsledky práce jsou prezentovány přehledně pomocí grafů a tabulek a studentka prokázala schopnost samostatné laboratorní práce i základní orientaci při zpracování experimentálních dat. Diskuse výsledků je logická a odpovídá zaměření práce. Byly popsány například změny mechanických vlastností v závislosti na koncentraci PEGDA i vliv tvorby interpenetrujících sítí na výsledné mechanické parametry hydrogelů. Přesto je právě interpretace výsledků slabší částí předložené práce. Diskuse místy zůstává převážně na úrovni popisu pozorovaných trendů bez hlubšího rozboru fyzikálně-chemických souvislostí nebo detailnější konfrontace s literárními daty. Některé závěry mohly být formulovány kritičtěji a s větším důrazem na omezení použitých metod či možné zdroje experimentálních odchylek.

Práce je po formální stránce zpracována na velmi dobré úrovni. V textu se však objevují drobné stylistické a formální nedostatky, místy méně obratné formulace či překlepy, které snižují celkovou úroveň práce. V některých částech práce by bylo rovněž vhodné systematičtější členění výsledků a stručnější formulace některých pasáží.

Studentka během řešení práce pravidelně využívala konzultací a aktivně komunikovala průběh experimentální práce i dosažené výsledky. Přístup studentky k řešení práce hodnotím jako zodpovědný a systematický.

Předložená diplomová práce Simony Novákové přes uvedené připomínky splňuje požadavky kladené na diplomové práce realizované na FCH VUT. Studentka prokázala schopnost realizovat experimentální práci, pracovat s odbornou literaturou a zpracovat získaná experimentální data. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení B – velmi dobře.

Bc. Simona Nováková se ve své diplomové práci zabývala studiem hydrogelových systémů a jejich mechanických vlastností za využití technik dynamické mechanické analýzy a mikroskopie atomárních sil za účelem stanovení zmíněných vlastností v makro- a mikro-, případně až nanoměřítku. Jedná se o aktuální a velice zajímavé téma z pohledu potenciálních aplikací v biomedicíně či tkáňovém inženýrství.

Studentka poskytuje v úvodu a teoretické části dostatečný a většinou logicky uspořádaný základ k porozumění dané problematiky, přičemž čerpala z poměrně velkého množství aktuálních impaktovaných publikací. V kapitole zaměřené na výsledky je pak možné najít rozsáhlé množství výsledků, kdy připravila hydrogelové systémy a jejich semi-IPN a IPN obdoby na bázi polyethylenglykol diakrylátu o různých koncentracích. Ty byly následně vystaveny také botnání a dále testovány příslušnými metodami. Z analýz se většina výsledků zabývá DMA tlakovými a tahovými testy a AFM. Pomocí zmíněných metod pak byla studentka schopna komplexně popsat a charakterizovat připravené hydrogely. Diskuze výsledků však prakticky postrádá širší srovnání s výsledky jiných autorů.

Z formálního hlediska tato práce obsahuje poměrně velké množství nepřesných formulací, které snižují úroveň a celkový dojem. Nemalé množství vět je velice krkolomně formulováno, což je pravděpodobně způsobeno ne úplně vhodným překladem. Je zde možné hojně najít typografické chyby, gramatické chyby a překlepy či chybně přeložené termíny. Namátkou lze zmínit výrazy methakralát, kyselina gluronová a gulunová, měkká hmota, hydrogely propojené krystalizací, implantace in vitro, homeostatické obvazy, konstanta pružiny či laserový paprsek. Nesrozumitelné či chybné formulace jako například: využívá průběhu chemické reakce jako vysokoenergetického záření; do okamžiku rovnováhy, kdy volná voda přestane reagovat s vázanou vodou systému; roztok polymeru je vystaven UV a následně dochází ke vzniku iniciátorů; díky generování křivek síla-vzdálenost lze manipulovat s vlastnostmi jako je tuhost materiálu; hydrogely byly využívány jako metody, vychýlení a posuv konzole jsou převedeny na křivky závislosti síly na vzdálenosti; AFM hrot kontroluje topografii vzorku; hydrogely mohou při zvýšení teploty odpařit vodu, a tím dochází k úniku iontů; další možností popisující fyzikální typ síťování je úprava intramolekulárních sil, atd. Také není pravdou, že i přes značný vývoj vysokorychlostního skenování na AFM, je rychlost skenování a získání výsledků nedostatečná pro zachycení velice rychlých biologických změn.
V experimentální části jsou zapojení přístrojů a postupy měření popsány do nebývalých detailů, avšak bych více ocenil například popsání obecné tahové křivky a termíny z mechaniky ji popisující, které jsou následně v textu používány. Nemyslím si například, že termín „namáhání“ místo „deformace“ je správný a ani, že se IPN gely jevily tvrdě. Doporučil bych se v rámci práce pro lepší pochopení držet zavedené terminologie, nekombinovat termíny náhodně například raménko/nosník/konzola, navíc občas zaměňovat za hrot a naopak. Obdobně v rámci věty o DMA píšete „poskytuje informaci o elastickém modulu, paměťovém modulu a tlumící faktor ztrát tan δ získaný poměrem ztrátového a paměťového modulu.“ Často je to pro čtenáře matoucí, a to částečně i napříč mezi jednotlivými metodami a kapitolami. Při popisu Obr. 20 a 23 mluvíte o těchto dvou zmíněných modulech, v grafu však jeden z nich chybí. Obr. 9 a 12 by mohly být umístěny vhodněji, u druhého navíc chybí odkaz.

Graficky bych doporučil tahové křivky vykreslovat jako čárové grafy, nikoli bodově s vyznačenými křížky. Do budoucna by bylo určitě žádoucí se více zaměřit na teorii mechaniky a zkusit využít i jiné modely kontaktní mechaniky pro stanovení modulu pružnosti ze získaných křivek z AFM. U tahové zkoušky je uvedeno, že pro všechny vzorky proběhlo měření různým způsobem kvůli odlišnému charakteru. Dynamika testování má velký vliv na stanovené výsledky. I přesto, že tahová zkouška je pro charakterizaci hydrogelů běžně využívána, tak u těchto systémů, navíc nabotnalých, může během deformace docházet k vytlačování vody, což ovlivňuje mechanickou odezvu materiálu. To vše bude způsobovat velké potíže při správné interpretaci a porovnávání.

Závěrem bych chtěl konstatovat, že navzdory těmto nedostatkům, obsahuje tato práce velké množství výsledků, které jsou velice cenné pro navazující práci a určitě přinesou v budoucnu po vhodnějším zpracování kvalitní publikace. Domnívám se, že potenciál tohoto progresivního tématu, jako je studium hydrogelů a jejich mechanických vlastností, je velmi dobrý a doporučuji v něm pokračovat.

S ohledem na výše uvedené komentáře doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm C. Topics for thesis defence:

1. Jak byla dosažena výška vzorku 800 µm u DMA, bylo toho docíleno během přípravy nebo byl vzorek vyšší a byl stlačen přibližujícími se geometriemi? V grafech pro tlakové zkoušky je uvedeno namáhání (předpokládám, že se jedná o deformaci) s jednotkami [%], ale u tahových zkoušek je namáhání uvedeno jak v %, tak bez jednotek. Proč?
2. Píšete, že QI mód je zobrazovací a dále, že výsledné hodnoty pro AFM měření mohly být ovlivněny celkovou distribucí pórů i lokální hustotou polymerního řetězce. To by právě snímek ukázal. Jelikož je AFM primárně zobrazovací metoda k tomu vyvinuta můžete nějaké topografické snímky ukázat ideálně v kombinaci s mapou mechanických vlastností? Proč nepoužíváte místo QI tedy jen spektroskopický mód, který je pro získání silové křivky vhodnější a není tolik zatížen chybou posunu hrotu při skenování?
3. Píšete, že Hertzův model je vhodný pro lineárně elastické materiály, což měkké a viskoelastické hydrogely často nejsou, že výsledky mohou být nad/podhodnocené a je třeba zvážit vhodnost. Navíc, pokud tyto materiály nemají nízkou adhezi, tak jeho aplikovatelnost také nemůže platit. Proč tento model tedy používáte, co očekáváte od srovnání manuálního a softwarového vyhodnocení, neměly by se hodnoty shodovat? Dále uvádíte, že u semi-IPN vzorků nemohlo být měření pomocí AFM provedeno, jelikož vzorek nešlo uchytit. Jaký je důvod? Souvisí to s vlastnostmi neshodujícími se s aplikací Hertzova modelu?
4. Pouze v závěru píšete, že „Bylo zjištěno, že nejvíce ovlivnila výsledné hodnoty E indentační hloubka, kontaktní bod a hodnota Setpoint. Důležité bylo zjištění, že námi zvolený hrot, který disponuje kuličkovým tvarem, rozkládal působící sílu na větší plochu než v případě ostrého hrotu, což vedlo k nízkému kontaktnímu tlaku a nízké hodnotě Youngova modulu. Nízká hodnota konstanty pružnosti signalizovala měkký hrot, který klouzal po povrchu vzorku a nedošlo tak k dostatečné indentaci materiálu.“ Nikde jsem však žádná data k tomuto tvrzení nenašel. Nejsem si jist, ale tvrdíte, že hrot je měkký či dokonce v jiné časti textu příliš měkký vzhledem k tuhosti vzorku, a navíc klouže po povrchu. Můžete to nějak komentovat?