W pracy przedstawiono nowe perspektywiczne źródło chityny – ciała pszczół miodnych. Opracowano metodykę pozyskiwania i oczyszczania chityny o dogodnych do dalszych prac parametrach fizykochemicznych. Wykazano, iż chityna pozyskiwana z tego źródła charakteryzuje się budową i właściwościami fizykochemicznymi zgodnymi z chityną handlową, pozyskiwaną z odpadów przemysłu spożywczego.

Wykazano możliwość przeprowadzenia syntezy nowego polimeru – estrowej pochodnej chityny zawierającej w łańcuchu polimerowym dwie różne grupy boczne, pochodzące od kwasu masłowego (grupy butyrylowe) oraz od kwasu octowego (grupy acetylowe). Ta pochodna chityny, odznaczająca się dobrą rozpuszczalnością w popularnych rozpuszczalnikach organicznych, powstaje w wyniku estryfikacji chityny mieszaniną bezwodników kwasu masłowego i octowego. W trakcie realizacji pracy opracowano optymalne warunki syntezy kopoliestru butyrylo-acetylowego chityny (BAC) o założonych parametrach fizyko-chemicznych. Do syntezy kopoliestru chityny zastosowano dwie metody otrzymywania: syntezę w warunkach homogenicznych w środowisku kwasu metanosulfonowego, będącego katalizatorem reakcji i jednocześnie rozpuszczalnikiem reagentów i produktu reakcji, oraz syntezę w warunkach heterogenicznych w obecności kwasu nadchlorowego jako katalizatora reakcji estryfikacji. Wykonano serię syntez kopoliestru chityny, które różniły się udziałem molowym grup butyrylowych i acetylowych oraz wartościami lepkości istotnej, proporcjonalnej w stosunku do masy molowej. Opracowane warunki prowadzenia syntezy pozwalają otrzymać gotowe produkty o odpowiednim, oczekiwanym składzie chemicznym w postaci proszku z przeznaczeniem na długotrwałe ich przechowywanie lub w postaci stabilnych roztworów w etanolu, przeznaczonych do formowania z nich włókien.

Opracowano optymalne warunki wytwarzania włókien z kopoliestru butyrylo-acetylowego chityny metodą z roztworu na mokro, a także włókien z tego polimeru zawierających ceramiczne dodatki: hydroksyapatyt (HAp) bądź trójfosforan wapnia (TCP) w postaci nanocząstek.

Różniące się budową chemiczną nanododatki HAp i TCP wprowadzano do roztworu przędzalniczego w postaci zawiesiny, uprzednio poddanej procesowi sonikacji. Uzyskane w optymalnych warunkach przędzenia włókna z BAC o składzie 95% grup butyrylowych i 5% grup acetylowych, zawierające nanododatki HAp bądź TCP, odznaczały się wytrzymałością właściwą w zakresie 16-24 cN/tex przy stopniu krystaliczności 24-25%. Jest to zakres wytrzymałości odpowiedni do uzyskania kompozytu polimerowo-włóknistego typu MD.

Na bazie obu rodzajów włókien z kopoliestru BAC zawierających nanododatki wytworzono kompozyty polimerowo-włókniste, stosując jako matrycę kompozytu poli(e-kaprolakton) (PCL). Kompozyty te zbadano pod względem możliwości zastosowania ich jako nowego materiału implantacyjnego. Wytworzono kompozyty o porowatej strukturze. Porowatość struktury 2D wytwarza się w wyniku resorpcji składnika włóknistego BAC po aplikacji implantu. Dwupoziomowa struktura porowata kompozytu 3D zostaje uzyskana w wyniku sublimacji rozpuszczalnika matrycy PCL w etapie jego wytwarzania, a następnie w wyniku stopniowej resorpcji składnika włóknistego w materiale implantacyjnym. Resorpcji BAC towarzyszy uwolnienie nanododatków HAp bądź TCP, które migrują do otaczającej implant tkanki kostnej, powodując jej odbudowę. Obecność w kompozytach kopoliestru chityny korzystnie wpływa na zwiększenie zwilżalności, zmianę profilu powierzchni, podwyższa trwałość oraz bioaktywność tworzywa w środowisku in vitro szczególnie wówczas, gdy składnik włóknisty stanowią włókna z BAC zawierające nanododatek HAp.

Stwierdzono, iż włóknista mikrostruktura kompozytów typu 3D stanowi środowisko sprzyjające adhezji komórek i późniejszej neowaskularyzacji tkanki łącznej. Kompozyty te wykazują biozgodność, charakteryzują się pozytywną odpowiedzią komórkową, a dzięki obecności fazy włóknistej wzrasta liczebność i aktywność komórek tkanki kostnej. W zależności od udziału fazy włóknistej w kompozycie, wprowadzonej w postaci krótkich włókien BAC, możliwe jest uzyskanie kontrolowanej biodegradowalności. Wytypowany na podstawie badań właściwości mechanicznych właściwy udział fazy włóknistej w kompozycie typu 2D powinien wynosić 2%. Dla kompozytów typu 3D korzystny okazuje się wyższy udział fazy włóknistej wynoszący 20%.

Więcej informacji w Bibliotece Cyfrowej CYBRA