Bachelor's Thesis

Colloidal systems for inhalation administration of biologically active substances

Final Thesis 2.18 MB

Author of thesis: Bc. Petr Klíma

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D.

Reviewer: Mgr. Iveta Vilímová, PhD

Abstract:

This bachelor thesis deals with the preparation of thin polymer films based on hyaluronan using the solution casting method and investigates the influence of polymer concentration on the properties of the resulting systems. Nile Red was used as a model hydrophobic compound representing a drug and, simultaneously, as a sensitive fluorescent probe. The concentration of the biopolymer had a significant effect on the viscosity and mechanical cohesion of the films, which subsequently influenced the behavior of the entire complex after rehydration. Using fluorescence spectroscopy, changes in fluorescence intensity were studied, and spectral shifts were evaluated by calculating the center of gravity of the spectral bands. Fluorescence microscopy was used as a complementary instrumental technique for characterizing the prepared matrices to visualize the distribution of the dye within the polymer, alongside fluorescence anisotropy measurements to assess the molecular mobility of the probe. Throughout the work, the measured spectral data were corrected for inner filter effects. It was found that the process of film formation led to the successful immobilization and encapsulation of Nile Red into the more rigid and less polar environment of the hydrophobic domains of hyaluronan, which effectively shields the probe from the polar aqueous surroundings. The results suggest that to gain a more detailed understanding of the microenvironment dynamics, it would be beneficial to complement the steady-state data with time-resolved fluorescence spectroscopy in the future. Overall, this system represents a promising platform for the development of innovative drug carriers designed for pulmonary delivery.

Keywords:

Hyaluronan, Nile Red, pulmonary drug delivery, fluorescence spectroscopy, fluorescence microscopy

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

1. Student seznámil členy komise s náplní a cílem bakalářské práce. 2. Byly přečteny posudky na bakalářskou práci. 3. Student akceptoval všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděl v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Jaký je význam jakobiánské transformace? Co je těžiště spektra? Je těžiště spektra vidět přímo z naměřeného spektra? Jaké reálné léčivo by bylo možné aplikovat inhalačně? Existují na tento typ aplikace vhodné přístroje? Bylo by možné takto aplikovat antihistaminika nebo jiné látky? prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. Jakým způsobem dochází k degradaci hyaluronanu v těle? Student odpověděl na většinu doplňujících otázek členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi student prokázal dobrou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Student prokázal dobré odborné znalosti a schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry for Medical Application (BPCP_CHMA)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D.

Student Petr Klíma zpracoval bakalářskou práci na téma tvorby fyzikálních komplexů mez hydrofilním polymerem hyaluronanem a modelovou hydrofobní látkou, fluorescenční sondou nilská červeň. Postup tvorby komplexu zahrnoval vytvoření filmu z roztoku sondy a polymeru a následnou rehydrataci tohoto filmu. Ověření tvorby komplexu bylo založeno na solvatochromním chování fluorescenční sondy nilská červeň. Celkově by této práci slušela větší pečlivost a větší časová dotace ze strany studenta jak v experimentální části, tak i při zpracování finální verze bakalářské práce. Je potřeba uvést, že práce měla principiálně jednoduchý, nicméně velmi zdlouhavý charakter s netriviálním hodnocením získaných výsledků. Při zahrnutí výše zmíněného práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení stupněm B/velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků C
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Závěry práce a jejich formulace B
Využívání konzultací při řešení práce C
Celkový přístup k řešení úkolů C
Splnění požadavků zadání B
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Mgr. Iveta Vilímová, PhD

Předložená bakalářská práce se zabývá přípravou tenkých polymerních filmů na bázi hyaluronanu metodou odpařování rozpouštědla a pomocí fluorescenčních technik zkoumá vliv koncentrace polymeru na vlastnosti výsledných systémů. Práce je dělena na Úvod, Teoretickou část, Cíle práce, Experimentální část, Výsledky a diskuze, a Závěr.
Teoretická část práce je trochu nepřehledná, hodilo by se lépe vysvětlit pojmy a doplnit více obrázků (např. v části 2.3 Fluorescence je zmíněn Jablonského diagram, ale není uveden). Současný stav řešené problematiky se jako samostatná část v práci nevyskytuje, spíše jsou relevantní články jen krátce zmíněny v některých podkapitolách teoretické části, což příliš neposkytuje dostatečný prostor k jejich vysvětlení. Cíle práce jsou velmi stručně shrnuty v malém odstavci, vhodnější by bylo začlenit i podrobnější popis jednotlivých cílů. V experimentální části by pro lepší přehlednost mohlo být použito i dělení 4.2.1 a dále, místo tří neočíslovaných podnadpisů.
V části výsledky a diskuze se nachází nedostatky a chybějící vysvětlení. Jsou zde zmíněny teoretické výtěžky, nicméně není ukázáno, jak byly tyto hodnoty získány. Stejně tak se v práci diskutuje změna polohy emisního maxima, nicméně žádné hodnoty emisních maxim nejsou nikde zmíněny. To způsobuje problém např. u Tab.1, kde jsou prezentovány hodnoty těžiště spektra v jednotkách vlnočtu, bez jakékoli zmínky, z jakých hodnot byly vypočítány. V Tab.1 u vzorku R1 pro koncentraci 0,1 % je hodnota desetkrát nižší než všechny ostatní. Předpokládám, že je to pouze z důvodu překlepu, nicméně to není ověřitelné. V textu je poté zmíněno, že „rehydratované vzorky z filmů dosahují stabilně vyšších hodnot vlnočtu než výchozí referenční roztok“. Jelikož pro koncentraci 0,1% je hodnota reference R2 = 14909 cm-1 a vzorku V2 = 14908 cm-1, tak se tohle tvrzení jeví jako nepravdivé.
U zpracovaných grafů je několik problémů. Grafy na Obr. 4 až 11 mají na ose y exponenciální zápisy čísel, to samé platí pro Obr. 20. Dále na všech osách napříč celou prací chybí odrážky, resp. úsečky mezi hodnotami napsaných u osy. Obr. 6 je v textu popsán jako „druhé měření“, to samé je napsané u následujícího Obr. 7. U všech obrázků znázorňující grafy chybí vysvětlení legendy v popisku obrázku, velmi problematické je to např. u Obr. 12 a 13. Dále u Obr. 12, 13, 14 ,15 se linky V1 a R1 při pohledu na graf od sebe nedají barevně rozlišit. Grafy na Obr. 22 a 23 z nějakého důvodu nemají stejné rozmezí osy x, přestože měření proběhlo ve stejném intervalu a v textu jsou přímo porovnávány.
Dále se v práci vyskytují neobvyklé a zarážející formulace, špatné skloňování (str. 7) a/nebo špatné spojky a předložky (str. 7,11), citově zabarvené výrazy (hlavně na str. 8 a 9), neznámé slovo (str. 9 „interkonatovány“); a drobné překlepy (str. 23, 29, 31, 33).
V závěru chybí vize dalších možných experimentů a budoucího výzkumu, odrážející se ze získaných výsledků.
Citací je uvedeno spíše menší množství. Na str. 9 je 6x ze sebou uvedena citace č. [13]. Dále jména u citace č. [12] jsou napsána normálně (tedy s pouze s velkým počátečním písmenem), všechny ostatní citace mají z nějakého důvodu všechna písmena velká.
Celkově vzato práce není špatná, jen by jí slušelo důkladnější rozebrání problematiky a pečlivější zpracování výsledků. Přestože má práce přijatelný rozsah, působí relativně krátce a stručně, což by samo o sobě nevadilo, pokud by nechyběly zmíněné relevantní informace.
Navzdory výše zmíněným nedostatkům práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm „C – dobře“.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání B
Logické členění práce B
Kvalita zpracování výsledků E
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Využití literatury a její citace C
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem C
Závěry práce a jejich formulace C
Topics for thesis defence:
  1. Vysvětlete, prosím, proč byly zvoleny zrovna tyto koncentrace (0,1% a 1%) hyaluronanového roztoku, (a nebyla přidána např. koncentrace 0,5% s ohledem na jejich rozdílnost), a proč byl zvolen hyaluronan o dané molekulové hmotnosti?
  2. Jak jste stanovoval teoretický výtěžek? Zhodnotil byste výtěžnost jako dostatečnou, nebo je to něco co by chtělo v budoucnu vylepšit?
  3. Doplňte prosím zmiňovaná emisní maxima, která byla použita pro výpočty vlnočtu a porovnejte jejich posun.

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová