Bachelor's Thesis

Preparation of (semi)-interpenetrated hydrogel systems based on polyethyleneglycol

Final Thesis 1.77 MB

Author of thesis: Ivana Škorubová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří Smilek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Kadlec, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis focuses on the preparation, optimization, and characterization of semi-interpenetrating hydrogel systems based on poly(ethylene glycol) diacrylate. The aim of the thesis was to describe the effect of composition on the resulting mechanical and transport properties of the hydrogels. In the experimental section, the radical photopolymerization of poly(ethylene glycol) diacrylate-based hydrogels with polymer concentrations of 3, 4, and 5 wt.% was first optimized. Subsequently, semi-interpenetrating hydrogel systems were prepared by incorporating sodium polystyrene sulfonate or DEAE-dextran into the poly(ethylene glycol) diacrylate matrix. The mechanical and viscoelastic behavior of the materials was characterized using dynamic mechanical analysis. Amplitude tests were used to define the linear viscoelastic region of the prepared hydrogels. an increase in the elastic modulus was observed as the concentration of poly(ethylene glycol) diacrylate increased. The structural characterization of the prepared polymer networks was further studied by observing the hydrogel’s swelling properties. This observation highlighted the diversity of the prepared polymer networks, which was most evident at a 5 wt.% concentration of poly(ethylene glycol) diacrylate. The transport section of this thesis observed the transport
4
rate of dyes such as fluorescein and rhodamine 6G through the network, and these observations were compared between simple poly(ethylene glycol) diacrylate-based hydrogels and semi-interpenetrating hydrogels. The obtained experimental data provide valuable information for further research with potential applications in tissue engineering and controlled-release drug delivery systems.

Keywords:

Hydrogels, semi-interpenetrating polymer networks, polyethylene glycol diacrylate, photopolymerization, rheology, viscoelasticity, dynamic mechanical analysis

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své bakalářské práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky bakalářské práce. Komise zhodnotila její bakalářskou práci celkově jako výbornou. Pekař: Kolik se přidávalo PSS a dextranu a jaké byly jejich hmotnosti? Jak vypadal hydrogel vizuálně? Jak probíhal experiment s Petriho miskami? Dzik: Jak vypadají data mezi 450 a 600 s?

Language of thesis

Slovak

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)

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

Bakalářská práce Ivany Škorubové je zaměřena na aktuální a perspektivní problematiku přípravy a charakterizace hydrogelů na bázi polyethylenglykolu obsahujících semi-interpenetrované polymerní sítě. Zvolené téma navazuje na současné trendy ve výzkumu hydrogelových materiálů na pracovišti.

Studentka během řešení práce prokázala schopnost samostatně pracovat s odbornou literaturou, kriticky vyhledávat relevantní informace a vhodně je aplikovat při návrhu a realizaci experimentální části. Teoretická část práce poskytuje potřebný základ pro pochopení řešené problematiky a dokládá orientaci autorky v dané oblasti. Všechny cíle stanovené v zadání bakalářské práce byly splněny.

Určité rezervy lze spatřovat především ve zpracování a interpretaci některých experimentálních výsledků. Tato část práce by si v některých pasážích zasloužila hlubší diskusi a důslednější propojení získaných poznatků s dostupnou odbornou literaturou. Domnívám se však, že tyto nedostatky souvisejí především s časovou náročností závěrečné fáze zpracování práce, kdy již nebyl dostatečný prostor pro detailnější revizi a dopracování výsledkové části. Z tohoto důvodu hodnotím dílčí kritéria týkající se zpracování a interpretace výsledků stupněm B.

Spolupráci s Ivanou Škorubovou hodnotím po celou dobu řešení bakalářské práce velmi pozitivně. Studentka přistupovala k řešení zadaného tématu zodpovědně, systematicky a s opravdovým zájmem o danou problematiku. Pravidelně konzultovala průběh experimentů, aktivně diskutovala dosažené výsledky a prokázala schopnost samostatně řešit vzniklé problémy. Oceňuji zejména její pečlivost při laboratorní práci, ochotu učit se novým metodám.

Získané výsledky představují hodnotný příspěvek k výzkumu polyethylenglykolových hydrogelů a mohou sloužit jako vhodný základ pro další navazující studium této problematiky.

Předloženou bakalářskou práci Ivany Škorubové, přes uvedené dílčí nedostatky, hodnotím celkově stupněm A – výborně a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
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 A
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Kadlec, Ph.D.

Studentka Ivana Škorubová se ve své závěrečné práci zabývala přípravou (semi)-interpenetrovaných hydrogelových systémů na bázi polyethylglykolu. Práce je logicky dělena na osm hlavních kapitol, které jsou dle potřeby dále děleny na podkapitoly. Práce je tedy dobře strukturovaná a čtenář se v ní dobře orientuje.

V teoretické části se studentka nejprve věnuje hydrogelům, poté důkladně popisuje semi-interpenetrované polymerní systémy a také samotný, pro práci klíčový, poly(ethylenglykol) diakrylát. Nechybí ani část věnující se reologii. Na teoretickou část navazuje současný stav řešené problematiky, přičemž dohromady je v práci citováno 60 odborných zdrojů. Lze tedy konstatovat, že studentka se v dané problematice velmi dobře orientuje.

Experimentální část je věnována zejména popisu přípravy PEGDA hydrogelů a také podrobným popisem všech aplikovaných metod a měření. V podobném duchu pak pokračuje sekce diskuze a výsledky, kde studentka data nejenom popisuje, ale také je zpravidla důkladně komentuje a vysvětluje. Zde bych pouze doporučil důkladněji rozlišovat výstupy z reologie ve smyku a v tlaku. V některých případech to není jednoznačné a čtenáře to může klamat (např. označení osy pouze jako "elastický" či "komplexní" modul se může objevovat v obou případech nastavení). V závěrečné části práce pak studentka velmi pěkně sumarizuje a kriticky hodnotí získané poznatky.

Graficky i po jazykové stránce je práce hezky zpracována, s malým množstvím nedostatků či překlepů. Zmínil bych například:
- mezi číselnou hodnotou a jednotkou by vždy měly být nedělitelné mezery.
- obr. 4: I v kompresním módu koná senzor oscilační pohyb. Jednoznačnější by bylo rozlišovat pohyb na oscilační ve smyku a oscilační v tlaku.
- obr. 8: hodnoty zobrazené oranžově nebudou "nulové", pouze vlivem měřítka tak mohou vypadat.
- překlepy "relaxáxii" (str. 24), "vlatnosti" (str 40)
Tyto drobnosti však výrazně nesnižují kvalitu předložené práce.

Závěrem je vhodné říci, že studentka Ivana Škorubová se ve své bakalářské práci zabývala aktuálním tématem hydrogelů na bázi PEGDA, přičemž získané poznatky budou zcela jistě přínosné pro další studium v této oblasti. Celkově tuto bakalářskou práci hodnotím stupněm "A" (Výborně) a doporučuji ji k obhajobě.
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 B
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Proč byl pro přídavky dopantů vybrán právě 5% PEGDA hydrogel?
  2. V závěru práce je uváděno, že začátek gelace byl stanovován sledováním elastického (paměťového) a ztrátového modulu. V textu práce je při gelaci pracováno již pouze s komplexními moduly. Bylo by možné dodat vzorový graf, který při gelaci zachycuje oba dva moduly (paměťový a ztrátový), i s ohledem na potenciální diskuzi k datům, který modul kdy převažuje?
  3. Jakým směrem by se výzkum v oblasti PEGDA hydrogelů mohl posunovat dále?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová