dr hab - Wydział Chemii

prof. dr hab. inż. Antoni Pietrzykowski
Politechnika Warszawska
Wydział Chemiczny
Warszawa, 31 sierpnia 2016 r.
Ocena pracy doktorskiej
mgr Marty Podgórskiej pt.:
„Synteza i charakterystyka biomimetycznych materiałów kompozytowych dla
zastosowań w inżynierii tkankowej kości”
Przedstawiona mi do oceny praca doktorska Pani mgr Marty Podgórskiej
została wykonana w Zespole Chemii Bionieorganicznej i Biomedycznej, Wydziału
Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego pod kierunkiem prof. dr hab. Piotra Soboty
oraz pod opieką dr. Łukasza Johna, jako promotora pomocniczego. Projektowanie
i synteza nowych materiałów mających zastosowanie w wielu dziedzinach (medycyna, elektronika, nowe źródła energii itp.) wytycza współczesne kierunki rozwoju
chemii i inżynierii materiałowej. Jednym z najważniejszych wyzwań dla chemików
jest synteza biokompatybilnych i bioaktywnych materiałów mających zastosowanie
w medycynie. Pani mgr Marta Podgórska w ramach swojej pracy doktorskiej postanowiła otrzymać i scharakteryzować nowe materiały o potencjalnych zastosowaniach jako implantów układu kostnego. Realizacja tak wytyczonych celów miała
w znacznym stopniu poszerzyć dotychczasową wiedzę na temat możliwości połączenia różnych komponentów w jeden materiał, którego właściwości biochemiczne i mechaniczne byłyby zbliżone do naturalnej kości. Podjęcie przez panią
mgr Podgórską tak zaplanowanych badań uznaję za przedsięwzięcie ważne
i w pełni uzasadnione.
Rozprawa napisana jest w układzie klasycznym. Składa się ze wstępu, przeglądu literatury, określenia celu i zakresu pracy, części eksperymentalnej, opisu
i dyskusji wyników badań własnych, podsumowania oraz spisu cytowanej literatury. W półtorastronicowym wstępie Autorka podaje ogólne założenia pracy, które
następnie precyzuje w rozdziale zatytułowanym „Cel i zakres pracy”. Rozdział ten
jest poprzedzony 42-stronicowym przeglądem literatury związanej z tematyką
pracy. Na przegląd literatury składa się pięć głównych podrozdziałów. Pierwszy
z nich to charakterystyka i omówienie zastosowań biomateriałów, jako implantów
tkanki kostnej. W drugim podrozdziale Doktorantka prezentuje podstawowe wiadomości na temat materiałów kompozytowych. Trzeci podrozdział to obszerne omówienie metod otrzymywania i właściwości trójwymiarowych rusztowań będących
podstawową formą implantów tkanki kostnej. Podrozdział czwarty poświęcony jest
metodom modyfikacji materiałów kompozytowych. W ostatnim podrozdziale
Doktorantka przedstawia stosowane przez nią niesteroidowe leki przeciwzapalne:
ibuprofen, meloksykam i paracetamol. Część literaturową pracy oceniam bardzo
pozytywnie. Prezentuje ona aktualny stan wiedzy w dziedzinie leżącej w sferze
zainteresowań Doktorantki i stanowi dobrą podstawę, jako punkt wyjścia dla badań
własnych. W tej części rozprawy zacytowano 109 pozycji literaturowych z ogólnej
liczby 124 cytowanych w całej pracy.
Część eksperymentalna pracy liczy 16 stron. Zawiera ona metody analityczne
i pomiarowe, które Doktorantka stosowała do identyfikacji i charakterystyki
otrzymanych materiałów. Główna część tego rozdziału to opis syntez materiałów
kompozytowych, metod ich funkcjonalizowania związkami krzemu, sposobów
wprowadzania leków oraz metod ich uwalniania z otrzymanych materiałów.
Wyniki i dyskusję badań własnych Autorka prezentuje i omawia w liczącej
48 stron „Dyskusji wyników”, podzielonej na trzy główne części.
Pierwsza część badań własnych Doktorantki poświęcona jest syntezie i charakterystyce materiałów kompozytowych będących kopolimerami o różnej zawartości monomerów winylotrietoksysilanu (TEVS) i metakrylanu 2-hydroksyetylu
(HEMA). Otrzymane kompozyty analizowano na podstawie widm w podczerwieni,
badań termicznych DSC i TGA, a następnie badano ich trwałość w buforach fosforanowych o pH 6,5 i 7,4 oraz poddawano biomineralizacji w płynie biologicznym
DMEM. Na podstawie otrzymanych wyników, do dalszych badań zakwalifikowano
kompozyt 1TH o zawartości komponentów TEVS:HEMA = 1:9. Mam uwagę
dotyczącą analizy składu polimerów pHEMA i pTEVS przedstawionych na rysunku
34 str. 79 i w tabeli 8 str. 83. O ile wyniki analizy elementarnej polimeru pHEMA
2
są zgodne z obliczonymi w zakresie błędu pomiarowego, to wyniki dla polimeru
pTEVS znacznie odbiegają od oczekiwanych i wymagają komentarza.
W dalszej części pracy kompozyt 1TH poddano procesom funkcjonalizowania
czterema wybranymi związkami krzemu w celu umożliwienia w następnym etapie
związania cząsteczek leków. Funkcjonalizację kompozytów prowadzono dwiema
metodami: współkondensacji i sililowania. Pani mgr Podgórska otrzymała osiem
materiałów kompozytowych w postaci trójwymiarowych rusztowań, których skład,
morfologię i właściwości określała w oparciu o wyniki analizy elementarnej i EDS,
widma w podczerwieni, rentgenografię proszkową, skaningową mikroskopię
elektronową, pomiary termograwimetryczne, pomiary kąta zwilżania i badania
odporności powierzchni na zarysowanie. Wyniki przeprowadzonych badań wykazały, że funkcjonalizowane metodą współkondensacji kompozyty mają odpowiednią
budowę i właściwości, żeby zastosować je jako nośniki leków.
Ostatnia część pracy to badania nad wprowadzaniem trzech wybranych leków
do otrzymanych uprzednio funkcjonalizowanych materiałów kompozytowych. Leki
wprowadzano metodą impregnacji lub współkondensacji. Obecność leków w kompozytach stwierdzano za pomocą pomiarów widm w podczerwieni i rentgenografii
proszkowej. Doktorantka wszechstronnie scharakteryzowała otrzymane materiały
zawierające lek, zwracając szczególną uwagę na zmiany, jakie wprowadzenie leku
powodowało we właściwościach funkcjonalizowanych materiałów kompozytowych. Pani mgr Podgórska wykazała, że metodą impregnacji wprowadza się lek
efektywniej, lecz kontrola ilości wprowadzanego w ten sposób leku jest trudniejsza
niż w metodzie współkondensacji. Kompozyty zawierające lek zostały następnie
poddane badaniom szybkości uwalniania leku do fosforanowych roztworów buforowych. Doktorantka zauważyła, że szybkość uwalniania leków zależy zarówno od
metody ich wprowadzania, jak i od pH roztworu buforowego. Badania kinetyczne
wykazały, że mechanizm uwalniania leków jest jednakowy dla wszystkich badanych materiałów, zgodny z kinetyką dyfuzji Ficka.
Pani mgr Podgórska wykonała w ramach swojego doktoratu ogromną pracę
eksperymentalną. Wszystkie otrzymane materiały zostały wszechstronnie scharakteryzowane wykazując, że Pani mgr Podgórska umiejętnie potrafi zastosować różne
3
techniki badawcze i prawidłowo zinterpretować i zanalizować otrzymane wyniki.
Identyfikacji otrzymanych układów Autorka dokonała na podstawie wyników
analizy elementarnej, spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego, spektroskopii IR i UV-Vis, proszkowej analizy rentgenograficznej, skaningowej miktroskopii elektronowej, analizy termicznej (DSC i TGA), pomiarów kąta zwilżania
i wyznaczania swobodnej energii powierzchniowej oraz pomiarów odporności
powierzchni kompozytów na zarysowanie. Nie mam zastrzeżeń, co do prawidłowości interpretacji uzyskanych wyników. Pani mgr Podgórska udowodniła, że
umiejętnie potrafi zastosować różne techniki badawcze oraz prawidłowo zinterpretować i zanalizować otrzymane wyniki.
Opis badań własnych kończy się dwustronicowym podsumowaniem otrzymanych wyników.
Uzupełnieniem rozprawy są: widma niezamieszczone w tekście rozprawy,
stabelaryzowane wartości współczynnika dyfuzji, spis rysunków i tabel, zestawienie
dotychczasowego dorobku naukowego Doktorantki oraz bardzo pomocny i obszerny spis stosowanych skrótów. Mam drobną uwagę do tego spisu: umieszczanie
w nim skrótów takich jednostek jak gram, kelwin, mililitr, nanometr itp. nie było
konieczne i niepotrzebnie zwiększało jego objętość.
Praca jest napisana jasno, dobrym językiem i nie sprawia trudności czytającemu. Edycja jest bardzo staranna, chociaż nie udało się wyeliminować wszystkich
usterek edytorskich, ale w tak obszernej pracy jest to praktycznie nie do uniknięcia.
Typowych błędów literowych (opuszczone lub przestawione litery) zauważyłem
bardzo niewiele (np. str. 10, 62). Kilka błędów językowych, bądź nieścisłości (np.
str. 52, 96 i 102 - „ilość” zamiast „liczba” z rzeczownikami policzalnymi; str. 72 „pod próżnią” zamiast „pod zmniejszonym ciśnieniem”; str. 79 - w tabeli 7 nie ma
informacji o sprężystości materiału, mimo że z tekstu na stronie poprzedniej wynika, że być powinna; str. 83 i 85 - zawartość Si w polimerze pTEVS wyznaczona
metodą EDS jest różna w Tabelach 8 i 9) w najmniejszym stopniu nie zmienia
mojej oceny, że praca jest bardzo dobrze napisana i starannie wyedytowana.
Wysoko oceniam merytoryczną wartość recenzowanej pracy. Dostarcza ona
szeregu nowych informacji na temat otrzymywania i właściwości porowatych
4
materiałów kompozytowych oraz oceny możliwości ich zastosowania jako implantów tkanki kostnej. Pani mgr Podgórska wykonała bardzo dużą pracę doświadczalną, wykazała, że potrafi zastosować szeroką gamę metod pomiarowych i prawidłowo zinterpretować otrzymane wyniki. Artykuł zawierający część przedstawionych
w pracy wyników jest przygotowany do publikacji. Pani mgr Podgórska jest też
współautorką trzech już opublikowanych w dobrych czasopismach prac, w których
przedstawiono wyniki, niewchodzące, co prawda, bezpośrednio w zakres prezentowanej pracy, ale wiążące się z nią tematycznie. Doktorantka prezentowała również
swoje wyniki w formie 3 wystąpień ustnych i 9 posterów na konferencjach naukowych międzynarodowych i krajowych. Pani mgr Podgórska brała też udział w realizacji 5 projektów badawczych. W dwóch z nich była kierownikiem projektu.
Dlatego też, z całym przekonaniem stwierdzam, że przedstawiona mi do oceny
rozprawa mgr Marty Podgórskiej całkowicie spełnia wymagania, które pracom doktorskim stawia „Ustawa o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki” z dnia 14 marca 2003 r. (Dz. U. Nr 65, poz. 595 ze
zmianami Dz. U. z 2005 r. Nr 164, poz. 1365; Dz. U. z 2010 r. Nr 96, poz. 620; Dz.
U. z 2010 r. Nr 182, poz. 1228 oraz Dz. U. z 2011 r. Nr 84, poz. 455). Wnioskuję
zatem, o jej przyjęcie i o dopuszczenie mgr Marty Podgórskiej do dalszych etapów
przewodu doktorskiego.
Antoni Pietrzykowski
5