Bachelor's Thesis

Janus Hydrogel-Based Patch for Multifunctional Applications

Author of thesis: Matyáš Dostalík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Romana Ščotková

Reviewer: doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.

Abstract:

This work focuses on the development and characterization of a multifunctional Janus hydrogel for biomedical applications. The hydrogel was designed with an asymmetric structure that combines mechanical stability, electrical conductivity and adhesive properties. The matrix is made of a synthetic polymer, crosslinked by the physical method of freezing and thawing to ensure biocompatibility. The hydrogel contains a conductive component for the transfer of electrical charges. Analyses of the structure, swelling, rheological and mechanical properties were performed, as well as measurements of electrical conductivity using spectroscopy. The obtained results confirm the potential of the hydrogel as a stable, biocompatible and conductive solution for multifunctional applications.

Keywords:

Janus hydrogels, conductive hydrogels, polyvinylalcohol, physical crosslinking, biocompatibility, electrochemical impedance spectroscopy

Date of defence

17.06.2026

Date of publish

16.06.2028

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Prof. Augustynek položil otázku: Máte představu pro co konkrétně bude materiál použitý? Co všechno se dá měřit? Ing. Zumberg položila otázku: Jaká byla podle vás příčina takové nízké viability? Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Biomedical Technology and Bioinformatics (BPC-BTB)

Composition of Committee

prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D. (předseda)
Ing. Martin Mézl, Ph.D. (místopředseda)
MUDr. Tibor Stračina, Ph.D. (člen)
Mgr. Monika Čechová, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Smital, Ph.D. (člen)
Ing. Inna Zumberg (člen)

Supervisor’s report
Ing. Romana Ščotková

V bakalářské práci se student Matyáš Dostalík seznámil s problematikou přípravy a charakterizace elektrovodivých hydrogelů pro tkáňové inženýrství. Předložená práce se konkrétně zaměřuje na vývoj dvouvrstvé asymetrické hydrogelové matrice z polyvinylalkoholu, kolagenu a PEDOT:PSS. V rámci experimentální části student prakticky prováděl optimalizaci těchto matric pomocí metody cyklického mrazení a tání. Následně provedl fyzikálně-chemické a biologické testy, přičemž získané výsledky porovnal s dostupnou literaturou.

Po formální a odborné stránce je práce na dobré úrovni. Práce má 52 stran bez příloh a je vypracována v souladu s požadavky uvedenými v zadání bakalářské práce. Teoretický úvod je sepsán poměrně přehledně a logicky členěn, avšak  text obsahuje drobné stylistické vady, ojedinělé překlepy a chyby ve skloňování u popisků obrázků. Použitá literatura se skládá převážně z aktuálních zahraničních zdrojů. Limity však vidím v experimentální a výsledkové části, kde student narazil na metodologické překážky u charakterizace proteinové adheze a elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS). Tyto metody by zasloužily delší dobu na optimalizaci protokolů pro dosažení lepší opakovatelnosti a přesnějšího rozlišení vlastností jednotlivých vrstev. Oceňuji nicméně, že autor limity metod v práci přiznává a navrhuje konstruktivní řešení pro navazující výzkum. Interpretace a diskuse výsledků by však mohla být rozsáhlejší a pro lepší srovnání výsledků s dostupnou literaturou doporučuji využít širší spektrum publikací.

Student pravidelně docházel na laboratorní experimenty a v laboratoři pracoval samostatně. V průběhu semestru bych však očekávala aktivnější přístup při průběžné interpretaci dat, intenzivnější práci s literaturou a hlubší orientaci ve výsledcích během konzultací. Zadání bakalářské práce považuji za splněné. Práci doporučuji k obhajobě a celkově hodnotím stupněm B (80 bodů). Points proposed by supervisor: 80

Grade proposed by supervisor: B

Bakalářská práce Matyáše Dostalíka se zabývá vývojem a testováním multifunkčního Janusova hydrogelu pro využití v regenerativní medicíně. Autor se zaměřuje na vytvoření asymetrického hydrogelu, který kombinuje elektrickou vodivost, biokompatibilitu, mechanické vlastnosti a schopnost adhezivně/ne-adhezivně interagovat s lidskými tkáněmi.

1. Splnění požadavků zadání
Předložená bakalářská práce plně splňuje všechny body zadání. Autor vypracoval rešerši v oblasti Janusových hydrogelů, navrhl a připravil asymetrický hydrogel na bázi polyvinylalkoholu (PVA) a kolagenu s přídavkem vodivé složky PEDOT:PSS. Připravené vzorky byly podrobeny komplexní charakterizaci a výsledky byly interpretovány v kontextu aktuální vědecké literatury.

2. Prezentační úroveň technické zprávy a její rozsah
Rozsah textové části od úvodu po závěr činí přibližně 53 stran, což je v souladu s doporučeným rozsahem. Teoretická část je vhodně zpracována; doporučila bych pouze doplnit více názorných schémat či chemických struktur látek použitých k syntéze. Janusovy hydrogely mohly být detailněji popsány z hlediska vlastností a aplikací. Výsledková část mohla být zpracována systematičtěji, aby lépe usnadňovala následné interpretace a zasazení výsledků do širších souvislostí, tj. od syntézy přes reologickou a strukturální charakterizaci a morfologii až po biologické a další testy. Doporučuji také zlepšit statistickou interpretaci dat a uvádět více detailů při experimentální práci (např. příprava výluhů, systém na měření vodivosti atd.). V experimentalní práci také zmiňujete práci s PVDF vlákny, které ale už ve výsledkové části dále nerozebíráte. Jinak oceňuji, že se autor nebojí diskutovat i negativní výsledky oproti očekáváním a navrhuje konkrétní kroky k jejich optimalizaci v budoucnu.

3. Formální úprava a jazyková úroveň
Formální úprava práce je na dobré úrovni, text je přehledně strukturován. Student transparentně uvádí využití umělé inteligence při jazykové a stylistické korektuře textu. Přesto se v práci stále vyskytuje řada gramatických chyb. Grafické přílohy by mohly být podrobněji popsány tak, aby čtenář nemusel jejich interpretaci hledat v hlavním textu.

4. Práce s literaturou
Seznam zdrojů obsahuje 46 citací, mezi nimiž převažují aktuální zahraniční vědecké články z prestižních časopisů. Citace v textu jsou prováděny korektně a autor na ně aktivně odkazuje i v diskusi při porovnávání vlastních zjištění s literaturou. Nicméně bych uvítala srovnání výsledků s více konkrétní literaturou zaměřenou na hybridní elektrovodivé hydrogely, například s využitím uhlíkových nanomateriálů, spíše než s hydrogely založenými na čistých vodivých polymerech pro bioelektroniku. V seznamu literatury se také nacházejí pouze čtyři práce zaměřené na Janusovy hydrogely, které mohly být detailněji rozebrány z hlediska vlastností a aplikací atd.

5. Odborná úroveň a využitelnost výsledků
Odborná úroveň práce je velmi dobrá. Student byl schopen pokrýt teoreticky, metodologicky a interpretačně interdisciplinární oblast, počínaje syntézou hyydrogelu až po charakterizační techniky včetně elektrochemické impedanční spektroskopie, reometrie, skenovací elektronové mikroskopie či biologie.  Výsledky potvrzují potenciál hydrogelu pro aplikace v tkáňovém inženýrství, zejména jako srdeční náplasti po infarktu myokardu či na hojení ran. Topics for thesis defence:
  1. 1. V diskusi uvádíte, že naměřené hodnoty vodivosti jsou mnohem nižší než u nativní srdeční tkáně a porovnáváte je s vodivostí čistých vodivých polymerů, které jsou zase mnohonásobně vyšší. Můžete své hodnoty více srovnat s hybridnímu vodivými hydrogely na bázi např. uhlíkových nanomatriálů či jiných vodivých polymerů?
  2. 2. Můžete více diskutovat strukturu PEDOT:PSS (nanočástice vs. fibrily) a její interakci s hydrogelech, v souvislosti s vodivostí?
Points proposed by reviewer: 79

Grade proposed by reviewer: C

Reasons for publication postponement

Publication of the final thesis has been postponed in compliance with the provisions of Section 47b (4) of Act No. 111/1998 Coll., on the Higher Education Institutions and on amendments and supplements to other acts, as amended.

The topic of the bachelor thesis is part of a larger research project solved in the BioEngMat research group and the results measured within the experimental part of BP will be used in a scientific publication.

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová