Master's Thesis

Antibacterial functionalization of 3D printed biocomposite scaffolds

Final Thesis 4.17 MB

Author of thesis: Bc. Čeněk Vašíček

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Mgr. Radek Přikryl, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis focuses on the functionalisation of a surface of a biocomposite material, planned to be used in medicine. The material is believed to be used as a scaffold for bone tissue regeneration. This thesis focuses on an optimisation of preparation of said functionalised layer, made from copper nanoparticles and polydopamine, which is used as a „glue“ in between the nanoparticles and the scaffold. The synthesis of nanoparticles is taking place in situ at moderate conditions, and this work is dealing with several variables that can influence the preparation of the functionalised layer. After that, the optimised formula is applied on scaffold models, which are then studied from the standpoint of antimicrobial activity towards three different microorganisms, as well as cytotoxicity towards human cells.

Keywords:

3D printing, antimicrobial effect, scaffold, biocomposites, functionalisation, nanoparticles

Date of defence

21.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Obhajoba diplomové práce proběhla podle následujícího schématu: prezentace studenta-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Student přednesl dobrý výtah výsledků své diplomové práce, v odpovědích na dotazy oponentské i členů komise nebo v reakcích na připomínky k diplomové práci projevoval menší neznalosti. V diskusi tak student prokázal dobrou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise, s uvážením hodnocení v posudku a vyjádření vedoucí/ho, zhodnotila jeho diplomovou práci celkově jako dobrou. Ješinová: Proč se vybraly dané mikroorganismy?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry for Medical Application (NPCP_CHMA)

Specialization

Processes and Materials of Medical Applications (BF)

Composition of Committee

doc. PharmDr. Ing. Radka Ješinová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Mgr. Radek Přikryl, Ph.D.

Čeněk začal intenzivně na svém tématu pracovat v září, zvládl se zorientovat v technologiích výroby kompozitních materiálů pro FDM 3D tisk i v procesu 3D tisku samotného. S využitím pomocné ruky Jana Šindeláře a CEITEC se mu úspěšně podařilo provést vlastní funkcionalizaci 3D tištěných scaffoldů a následně je charakterizoval z pohledu materiálového složení. Pod vedením Pauly Večeříkové pak prováděl testy biokompatibility a antibakteriální funkce.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování C
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 B
Celkový přístup k řešení úkolů B

Grade proposed by supervisor: B

Bc. Čeněk Vašíček se ve své diplomové práci zaměřil na funkcionalizaci 3D tištěných biokompozitních skafoldů pomocí antibakteriální úpravy. Zvolené téma je vysoce aktuální a velmi dobře koresponduje se zaměřením studijního programu Procesy a materiály medicínských aplikací. Práce má standardní rozsah i strukturu. Po stručném úvodu, který nastiňuje hlavní motivaci práce, následuje teoretická část (10 stran), seznamující čtenáře se současným stavem poznání v dané oblasti. Autor dále stručně formuluje vlastní experimentální cíl práce, kterým byla aplikace postupu antibakteriální úpravy, vyvinutého na spolupracujícím pracovišti pro jiné typy biomateriálů, na biopolymerní skafoldy připravené metodou 3D tisku.

V úvodních částech práce se vyskytuje pouze menší množství formálních a gramatických nedostatků (např. „poylmery“ na str. 14 či anglické popisky v obrázcích) a několik formulačních neobratností (např. „skladování Cu v organismu“, str. 18). Celkově je však text čtivý a informačně přínosný. Také množství zpracované literatury (113 převážně časopiseckých zdrojů) je více než dostačující.

K experimentální části práce se dá již najít kritických poznámek více. U absolventské práce na chemicky zaměřeném oboru bych rozhodně doporučil používat systematické názvosloví použitých chemikálií (fosforečnan vápenatý, nikoliv trikalciumfosfát). Podobně bych se vyhnul předponové hypertrofii u výrazů jako „vysterilována“, „zaizolován“, apod. Určité nejasnosti se objevují také v interpretaci očekávaných výsledků bujónové diluční metody při antimikrobiálních testech, které mohly být vhodněji vysvětleny již v úvodu metodiky. V metodologické části postrádám podrobnější informaci o konkrétním způsobu úpravy pH, jež představovala klíčový krok při přípravě cílených nanočástic (kap. 4.2), zejména zda byla provedena pomalou či jinou kontrolovanou metodou. K tomuto aspektu metodiky směřuje také jedna z otázek k obhajobě. (kap. 4.2). K tomuto kroku použité metodologie se vztahuje také jedna otázka k obhajobě (otázka 4).

Z formálního hlediska diplomant zadání práce splnil – otestoval navrženou metodu funkcionalizace a provedl charakterizaci animikrobiálního účinku. Z autorových formulací je však patrné, že dosažený výsledek funkcionalizace nepovažuje za uspokojivý. V závěrečné části práce by proto bylo vhodné více rozvinout možnosti další optimalizace testovaného postupu a navrhnout navazující experimenty využívající danou techniku, spíše než přímo doporučovat použití alternativních antimikrobiálních složek.

Předložená práce nicméně nepochybně přinesla řadu originálních experimentálních poznatků i několik nápaditých technických řešení (např. 3D tištěný stojánek zajišťující optimální průběh sušení). Autor tím prokázal schopnost samostatné vědecké práce a splnil požadavky kladené na udělení titulu Ing. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm „Dobře“.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání C
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace C
Topics for thesis defence:
  1. Může autor v rámci obhajoby podrobněji diskutovat, zda k požadovanému koncentračnímu profilu aktivní látky v organismu uvedenému na obr. 5 vede samotné zajištění uvolňování látky z nosiče podle kinetiky 0. řádu?
  2. Nemá rovnice 4.1 pro stanovení viability v % přehozený čitatel a jmenovatel zlomku? Jak by tato skutečnost ovlivnila diskusi získaných výsledků uvedených na obr. 21–23?
  3. Může autor blíže vysvětlit normalizaci výsledků EDX analýzy na C, když součet signálů všech prvků uvedených v odpovídajících tabulkách činí 100 %?
  4. Autor se v práci vůbec nevěnuje experimentálnímu potvrzení produkce CuNPs v ovrstvovacím roztoku, přestože se jedná o klíčový krok použité metodiky. Může v rámci obhajoby navrhnout experiment, včetně volby vhodné analytické techniky, který by ověřil, zda použitý postup skutečně vede ke vzniku nanočástic mědi a jaká je jejich kvalita?
  5. Na str. 34 autor kvituje použití 3D tištěné podložky s tím, že „postup sušení v sušárně na mřížce eliminuje veškeré nedostatky z předchozích experimentů, a přitom nijak zvlášť neovlivňuje prvkové složení.“ Jak s tímto konstatováním koresponduje pokles obsahu Cu u vzorku sušeného bez podložky (8,92 %) a s podložkou (1,47 %)? Je při takto nízkém obsahu Cu překvapivé, že antimikrobiální účinek funkcionalizovaného skafoldu nebyl prokázán?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová