Search the digital library catalog

Abstract: Bakterijska nanoceluloza (BNC) je naravni polimer, ki zaradi svojih edinstvenih lastnosti predstavlja obetavni izhodiščni material za številne nove razvojne pristope v inovativnih raziskavah na različnih področjih. Vendar pa čista BNC nima nekaterih lastnosti, zlasti magnetnih, ki pa jih je mogoče doseči z vgradnjo različnih vrst magnetnih nanodelcev (MNPs). Magistrsko delo obravnava sintezo magnetne bakterijske nanoceluloze v obliki kroglic (K-MBNC), ki predstavlja perspektiven material za uporabo v različnih biomedicinskih in tehnoloških aplikacijah. K-MBNC smo sintetizirali z dvema pristopoma; z in situ metodo, pri kateri smo MNPs sintetizirali neposredno v že pripravljene kroglice bakterijske nanonceluloze (K-BNC), in z metodo sinteze med fermentacijo, kjer smo MNPs dodali v gojitveni medij med postopkom sinteze K-BNC. Najprej smo proučevali parametre dinamične produkcije K-BNC z bakterijo Komagataeibacter xylinus. Nato je sledila študija produkcije KMBNC z različnima metodama. Pri obeh metodah sinteze K-MBNC smo spremljali vpliv sinteznih parametrov na magnetne, morfološke in fizikalno-kemijske lastnosti produktov. Rezultati kažejo, da hitrost stresanja in čas fermentacije vplivata na velikost, maso in število K-BNC. Višja hitrost stresanja zmanjša premer in poveča število nastalih K-BNC, daljši čas fermentacije pa poveča njihovo maso in velikost. Največjo maso K-MBNC, pridobljenih z metodo sinteze med fermentacijo, smo dosegli, ko je fermentacija potekala pri 26 °C, pH = 6 in s hitrostjo stresanja 140 rpm ter z dodatkom 0,5 g MNPs v medij. Koncentracija inokuluma je bila 1-5 × 106 CFU/mL. S SEM/EDS analizo smo potrdili uspešno vključitev MNPs v nanocelulozno matriko, pri čemer je in situ sintetiziran vzorec kazal bolj homogeno razporeditev in višji masni delež Fe. FTIR spektri vzorcev K-MBNC so vsebovali značilne vrhove za celulozo in Fe–O skupine, kar pravtako potrjuje uspešno sintezo magnetnega nanokompozita. TGA/DSC analiza je pokazala izboljšano termično stabilnost K-MBNC vzorcev v primerjavi s K-BNC. Meritve magnetnih lastnosti so pokazale, da K-MBNC sintetizirane in situ z manjšim premerom in uporabljenim razmerjem Fe3⁺ : Fe2⁺ = 2 : 1 kažejo boljšo magnetno odzivnost. Najboljše magnetne lastnosti K-MBNC, sintetiziranih z metodo sinteze med fermentacijo, izkazujejo kroglice sintetizirane s hitrostjo stresanja 140 rpm ter ob dodatku 0,5 g MNPs v medij. Sintetizirane K-MBNC, neglede na postopek sinteze, niso kazale protibakterijskega delovanja. Uspešno smo tudi prenesli sintezo K-MBNC med fermentacijo iz laboratorijskega merila v bioreaktorski sistem.
Keywords: bakterijska nanoceluloza, Komagataeibacter xylinus, magnetni nanokompoziti, magnetni nanodelci
Published in DKUM: 22.08.2025; Views: 0; Downloads: 56
Full text (5,47 MB)

Abstract: V doktorski disertaciji smo se osredotočili na razvoj novih bioaktivnih membran na osnovi bakterijske nanoceluloze (BnC), in situ, modificirane s karboksimetil celulozo (CMC), in ex situ, modificirane s proteolitskim encimom bromelainom (Br) in/ali protimikrobnim peptidom nizinom (N) za nekirurško odstranitev mrtvega kožnega tkiva (mrtvine) pri opeklinah ter hitrejše, učinkovitejše in netoksično celjenje opeklin. Membrane BnC smo producirali s pred kratkim opisano novo vrsto ocetnokislinske bakterije Komagataeibacter melomenusus AV436T, saj je bila ta izmed testiranih ocetnokislinskih bakterij najproduktivnejša. Za učinkovito odstranitev ostankov bakterij in komponent gojišča smo optimizirali alkalno obdelavo membran (1 h 0,5 M NaOH), s CMC-Br konjugati pa smo določili optimalno masno razmerje zamreževalca EDC/NHS (2/1) za najvišjo ohranitev specifične proteolitske aktivnosti bromelaina. In situ modifikacijo membran BnC smo izvedli z dodajanjem CMC v gojišče RAE za namnoževanje bakterij, kar je vodilo v nastanek membran BnC-CMC s karboksilnimi skupinami, gostejšo razporeditvijo fibrilov in izboljšanim rehidracijskim razmerjem v primerjavi z membrano BnC. Bromelain smo ex situ imobilizirali na (modificirane) membrane BnC z adsorpcijo in kovalentno vezavo z uporabo zamreževalca EDC/NHS, pri čemer smo za identifikacijo optimalne kombinacije procesnih parametrov (koncentracije CMC, bromelaina in zamreževalca EDC/NHS) z maksimalno specifično proteolitsko aktivnostjo bromelaina uporabili metodologijo odzivnih površin (RSM). S koimobilizacijo bromelaina in nizina smo proučevali sinergistični učinek obeh komponent s ciljem razširitve protimikrobnega delovanja in pridobitve proteolitskega delovanja. Optimalne bioaktivne membrane in njihove reference smo okarakterizirali s fizikalno-kemijskimi analiznimi metodami, kar je vključevalo ATR-FTIR in mikroanalizo FTIR, SEM, EDS, XPS, XRD, stične kote, kapaciteto zadrževanja vode, rehidracijsko razmerje, vsebnost vode, zeta potencial, TGA, mehanske lastnosti in specifično proteolitsko aktivnost. Biološko aktivnost membran smo analizirali s testiranjem protimikrobne aktivnosti in z različnimi in vitro (celična viabilnost in morfologija celic NHDF in HaCaT, celjenje ran) in ex vivo metodami (testiranje bioadhezije na modelu piščančje kože, testiranja toksičnosti na ekspantatih človeške kože – histološke študije, aktivnost LDH, sproščanje IL-8). Optimalni imobilizacijski pogoji (9 mg/mL CMC in 10 mg/mL bromelaina) so omogočili hiperaktivacijo encima s specifično proteolitsko aktivnostjo 2,3 U/mg in 39,1 % učinkovitostjo imobilizacije. Imobilizacija bromelaina in/ali nizina na membrano BnC-CMC je povečala povprečen premer nanovlaken, rehidracijsko razmerje in vsebnost vode ter izboljšala protimikrobno delovanje in adhezijske lastnosti. Membrani BnC-CMC in BnC-CMC-N sta bili in vitro citokompatibilni za celice NHDF in HaCaT ter sta povzročili hitrejšo proliferacijo celic HaCaT in/ali migracijo celic NHDF kot komercialni produkt Vivamel. Ex vivo analiza na ekspantatih človeške kože je za membrano BnC-CMC pokazala citokompatibilnost brez akutne toksičnosti in iritacije kože, membrana BnC-CMC-N je bila prav tako citokompatibilna brez akutne toksičnosti, vendar z zmernim dražilnim učinkom. Membrana BnC-CMC-Br je na ekspantatih človeške kože izkazovala aktivnost, ki se je odražala v razgradnji medceličnih stikov v epidermisu, vendar ni povzročila inducirajoče akutne toksičnosti in iritacije kože. Pripravljene membrane BnC-CMC, BnC-CMC-Br in BnC-CMC-N izkazujejo potencial za uporabo v različnih fazah zdravljenja opeklin.
Keywords: bakterijska nanoceluloza, bioaktivnost, bromelain, nizin, protimikrobna aktivnost, proteolitska aktivnost, membrana, opekline
Published in DKUM: 14.01.2025; Views: 0; Downloads: 139
Full text (14,79 MB)

Abstract: Magistrska naloga zajema izolacijo, sintezo ter karakterizacijo bakterijske nanoceluloze. V prvem delu magistrske naloge smo se osredotočili na pripravo rastnega medija in različnih produkcijskih gojišč ter gojenje bakterije Gluconacetobacter xylinus. V drugem delu smo najprej izolirali bakterijsko nanocelulozo (BNC) iz produkcijskega gojišča z kalcijevim karbonatom ter produkcijskega gojišča s citronsko kislino z obdelavo z natrijevim hidroksidom (NaOH). Na koncu smo oba vzorca BNC karakterizirali z različnimi analiznimi metodami. Z metodami FTIR, SEM in EDS smo dokazali, da sta oba vzorca vsebovala celulozo. Z metodo EDS/DLS pa smo dokazali, da je BNC pridobljena iz medija s citronsko kislino bolj temperaturno obstojna, prav tako se je v tem mediju sintetiziralo največ BNC.
Keywords: bakterijska nanoceluloza, Gluconacetobacter xylinus, FTIR, SEM, EDS, DLS, TGA
Published in DKUM: 23.07.2018; Views: 1372; Downloads: 198
Full text (2,30 MB)