Bachelor's Thesis

Preparation of functionalized nanomaterials based on microbial polysaccharides

Final Thesis 1.29 MB

Author of thesis: Kamila Pavlovcová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Reviewer: Ing. Jiří Holub, Ph.D.

Abstract:

Rhodotorula toruloides, exopolysaccharides, nanofibers, electrospinning, fatty acids, polyethylene oxide, vitamins, encapsulation

Keywords:

This bachelor’s thesis focuses on the preparation and characterization of functional materials based on exopolysaccharides (EPS) produced by the yeast Rhodotorula toruloides. The aim was to evaluate the potential of these biopolymers as carriers for vitamins in dermal applications. The theoretical section summarizes the issues surrounding microbial polysaccharide production, methods for their isolation, and nanofiber spinning techniques, with a focus on the electrospinning.
The experimental part of the study began with the cultivation of the yeast Rhodotorula toruloides, followed by biomass separation and the isolation of exopolysaccharides (EPS). Analysis of cellular lipids using gas chromatography confirmed the presence of saturated (SFA), monounsaturated (MUFA), and polyunsaturated fatty acids (PUFA), which underscores the technological potential of the studied strain. The isolated polymers were subsequently tested for their processability using the electrospinning method because of no nanofibre forming by using forcespinning. However, due to the unsuitable rheological properties of pure EPS solutions, it was not possible to obtain stable nanofibers also by electrospinning; therefore, attention was shifted to the preparation of composite materials with polyethylene oxide (PEO).
While PEO solutions with added vitamins were processed using thin-film casting, the combination of EPS and PEO enabled the successful production of nanofiber structures by electrospinning. Concurrently, HPLC methods for the determination of retinol, ascorbate, and tocopherol were optimized. Although technological limitations prevented the final incorporation of vitamins directly into the nanofibers, this work provides fundamental insights into the miscibility of EPS with PEO and defines the limits of electrospinning of microbial polymers for the future development of biocompatible carriers.

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla velmi dobrý výtah výsledků své bakalářské práce, v odpovědích na dotazy oponentské i členů komise nebo v reakcích na připomínky k bakalářské práci projevovala menší neznalosti. V diskusi tak studentka prokázala velmi dobrou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky bakalářské práce. Komise, s uvážením hodnocení v posudku a vyjádření vedoucí/ho, zhodnotila její bakalářskou práci celkově jako dobrou. Pekař: Kolik se vyprodukovalo EPS kvasinkou? Nezkoušela se změřit vodivost roztoku před zvlákňováním? Obruča: Při tvorbě filmu jste už nepoužívaly EPS? Kozáková: Jak probíhal aplikační test na kůži? Enev: Proč nejsou v grafech antioxidační aktivity některé měřené hodnoty? Dzik: Co znamená pojem funkcionalizace?

Language of thesis

Czech

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
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Bakalářská práce byla zaměřena na přípravu a charakterizací funkčních materiálů na bázi exopolysacharidů (EPS) produkovaných kvasinkou Rhodotorula toruloides. Jedná se o novou, dosud neřešenou problematiku, jejímž cílem bylo posoudit možnosti využití těchto biopolymerů jako nanovlákenných materiálů.  Studentka zpracovala adekvátní teoretickou část. Je třeba ocenit, že v rámci experimentální práce zvládla studentka samostatně řadu metod od kultivačních technik, izolace a purifikace EPS, přes instrumentální techniky, zvlákňování, charakterizaci a funkcionalizaci (nano)vláken a hodnocení jejich biologického účinku.

Studentka měla poněkud komplikovanou situaci zejména v oblasti zvlákňování, kdy po řadě potíží musela využít namísto plánovaného forcespinningu elektrostatické zvlákňování. Mikrobiální izolované EPS bylo navíc nutné zkombinovat do směsných materiálů s polyethylenoxidem (PEO) a pak bylo možné připravit jak tenké filmy, tak i nanovlákna. Technické limity nakonec neumožnily inkorporaci vitaminů přímo do nanovláken, práce však přináší cenné oznatky o mísitelnosti EPS s PEO a definuje limity zvlákňování mikrobiálních polymerů pro budoucí aplikace.

Studentka pravidelně využíala konzultace, výsledky zpracovala a samostatně vyhodnotila i velmi dobře okomentovala. Na druhé straně jsou v práci místa, která působí neupraveným dojmem a zasloužila by více pozornosti. Jde zejména o práci s literaturou, způsob citování a poměrně učebnicový typ textu v teoretické části. Podobnost práce s jinými texty (systém Theses) je však 1,5%, což svědčí o originalitě studie.

S ohledem na výše uvedené komentáře i na drobné nedostatky doporučuji práci k obhajobě a hodnotím celkovou známkou B ("velmi dobře").
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Závěry práce a jejich formulace B
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů B
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování C
Využití poznatků z literatury B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jiří Holub, Ph.D.

Studentka Kamila Pavlovcová předložila bakalářskou práci zaměřenou na přípravu funkcionalizovaných nanomateriálů na bázi mikrobiálních polysacharidů. Teoretická část obsahuje poměrně rozsáhlou literární rešerši věnovanou nanomateriálům, exopolysacharidům a možnostem enkapsulace bioaktivních látek.
V experimentální části studentka prokázala schopnost samostatné laboratorní práce a využila širší spektrum analytických metod, jako jsou HPLC, GC, UV-VIS spektrofotometrie či fluorescenční mikroskopie. Pozitivně hodnotím zejména snahu o optimalizaci experimentálních podmínek a kombinaci různých experimentálních přístupů.
Z hlediska kritického hodnocení lze konstatovat, že výsledky práce mají spíše charakter dílčí optimalizace a poukazují na technologická omezení studovaného systému. Prezentace výsledků není vždy přehledná a jejich interpretace je sice většinou věcná, avšak v některých částech by mohla být vedena kritičtěji a přesněji. Slabší stránkou práce je také omezený rozsah některých experimentů, zejména v oblasti biologického testování.
Formální úroveň práce je celkově dobrá, i když se v textu objevují drobné jazykové a stylistické nedostatky. Práce působí spíše průměrným dojmem a z tohoto důvodu hodnotím práci výsledně známkou C.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání C
Logické členění práce B
Kvalita zpracování výsledků C
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Využití literatury a její citace B
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem C
Závěry práce a jejich formulace C
Topics for thesis defence:
  1. V experimentální části není jednoznačně uvedeno, jaký dusíkatý zdroj a v jakém množství byl použit při kultivaci kvasinek v produkčním médiu. Můžete tuto informaci doplnit a zároveň uvést výsledný poměr C/N?
  2. Můžete vysvětlit účel ultrafiltrace supernatantu po centrifugaci biomasy kvasinek? Současně popište, jakým způsobem byly vzorky exopolysacharidů po srážení ethanolem dále zpracovány za účelem získání pevného EPS.
  3. Byla stanovována koncentrace lipofilních vitamínů (retinolu a tokoferolu) v polymerních filmech po jejich vysušení? Pokud ano, jakou analytickou metodou byla tato stanovení provedena?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová