Warszawa, 15.03.2015 Dr hab. inż. Joanna Ryszkowska, prof. PW Zakład Materiałów Ceramicznych i Polimerowych Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej RECENZJA Rozprawy doktorskiej mgr inż. Agnieszki Stępień zatytułowanej: Ocena wpływu mikroorganizmów i enzymów na właściwości fizykochemiczne polieterouretanów Podstawą do wykonania recenzji była uchwała Rady Wydziału Chemicznej Politechniki Rzeszowskiej i wynikające stąd Pismo Pana Prodziekana tego Wydziału dr hab. inż. Wiktora Bukowskiego prof. PRz z dnia 12.03.2015r. Wprowadzenie Rozprawa doktorska mgr inż. Agnieszki Stępień dotyczy problematyki odporności na działanie czynników biologicznych polieterouretanów, które obecnie wykorzystywane są w medycynie. Polieterouretany cechują się doskonałą stabilnością hydrolityczną i niską trombogennością, dlatego stosowane są jako elementy wielu urządzeń wykorzystywanych w medycynie pozostających w kontakcie z krwią. Mimo, że materiały te od lat stosowane są w medycynie wiedza o ich zachowaniu w kontakcie z wieloma czynnikami biologicznymi jest znikoma. Ponadto materiały te stosowane są też w innych aplikacjach np. takich jak: posadzki czy bieżnie, w których ich zachowanie w kontakcie z czynnikami biologicznymi także jest istotne, dlatego podjęcie tematu pracy jest uzasadnione. Praca ma charakter interdyscyplinarny i jej Autorka wykazała się także wiedzą z zakresu biologii i inżynierii materiałowej. Ogólna charakterystyka rozprawy Recenzowana praca doktorska liczy 155 stron, podzielona jest na cztery podstawowe części: przegląd literatury, część eksperymentalną, wyniki i dyskusję oraz podsumowanie wyników i wnioski. Przegląd literatury opisany jest na 21 stronach a część eksperymentalna z wynikami i ich omówieniem oraz wnioskami na 103 stronach co stanowi ok. 65% objętości pracy. Pozostałe części pracy doktorskiej to: spis treści, wykaz stosowanych skrótów, literatura, spis tabel i rysunków oraz dorobek naukowy autorki pracy, streszczenie po polsku i angielsku. Spis literatury obejmuje 151 pozycji, które zostały zacytowane w części literaturowej i eksperymentalnej oraz dyskusji wyników. Wśród cytowanych publikacji znalazł się publikacje z ostatnich lat, ale też publikowane znacznie wcześniej. W pracy znalazły się wszystkie elementy niezbędne dla pracy doktorskiej. 1
Merytoryczna ocena rozprawy Celem prac Autorki przedstawionych w rozprawie była ocena wpływu bakterii, drożdży oraz enzymów na właściwości fizykochemiczne polieterouretanów o różnej budowie segmentów sztywnych. Przedmiotem badań w ramach pracy były dwa typy komercyjnych polieterouretanów zawierających aromatyczne lub alifatyczne segmenty sztywne. Pracę rozpoczyna wprowadzenie, w którym mgr inż. Agnieszka Stępień uzasadnia potrzebę badań wpływu środowiska biologicznego na różne grupy polieterouretanów. Wprowadzenie kończy informacja o celu pracy. W części literaturowej zawartej w pierwszym rozdziale Autorka rozprawy w sposób logiczny wprowadza w tematykę pracy. Rozdział ten rozpoczyna opis poliuretanów, w którym autorka koncentruje się na omówieniu ich budowy oraz właściwości fizykochemicznych, surowców do ich syntezy oraz procesów wytwarzania. Następnie przedstawiła oddziaływanie środowiska biologicznego na polimery. W tej części pracy Autorka przedstawiła też procesy biodegradacji poliuretanów w tym degradację: mikrobiologiczną, enzymatyczną i oksydatywną. W rozdziale tym znalazła się też charakterystyka wybranych szczepów mikroorganizmów. Rozdział ten Autorka zamknęła podsumowaniem przeglądu literatury, w którym uzasadnia podjęcie badań w określonych grupach mikroorganizmów (bakterii i drożdży) oraz enzymów. W ramach części eksperymentalnej Autorka w rozdziale III.1 przedstawiła badane polieterouretany. Jednakże w opisie tym zabrakło szerszych informacji o tych komercyjnych materiałach przedstawianych zwykle przez ich producentów tj. np. twardość. W kolejnym rozdziale (III.2.) części eksperymentalnej Autorka starannie opisała odczynniki stosowane do oceny wpływu mikroorganizmów, a w następnym proces ekspozycji na ich działanie (III.3). Kolejne dwa rozdziały dotyczą odczynników (III.4) i ekspozycji na działanie enzymów (III.5). Następny rozdział w części eksperymentalnej (III.6) zawiera opis metodyki badań wybranych przez Autorkę do zrealizowania celu pracy tj.: ubytku masy oznaczonego metodą wagową, oznaczenia kąta zwilżania oraz badań z zastosowaniem spektroskopii osłabionego całkowitego odbicia w podczerwieni z transformacją Fouriera, spektrometrii mas z pirolizą, różnicowej kalorymetrii skaningowej, analizy termograwimetrycznej, skaningowego mikroskopu elektronowego i mikroskopu sił atomowych. Techniki analizy zostały poprawnie dobrane przez mgr inż. Agnieszkę Stępień dla zrealizowania celu pracy. Kolejny rozdział IV zawiera wyniki i dyskusję. Rozpoczyna go część IV.1, w której Autorka uzasadnia zastosowanie użytych do realizacji celu pracy metod badań. W kolejnych rozdziałach IV.2 IV.5 Autorka pracy przedstawiła wyniki analiz polieterouretanów TT i EG po ekspozycji w środowisku mikroorganizmów i enzymów. Schemat prezentowania wyników, w rozdziałach IV.2 IV.5 był podobny. W trakcie analizy właściwości termicznych polieterouretanów autorka przeanalizowała: zmiany temperatury zeszklenia fazy miękkiej poliuretanów, temperatury 5, 10 i 50 % masy oraz temperaturę maksymalnej szybkości degradacji fazy twardej i miękkiej. Szczegółowo i wyjątkowo starannie została wykonana analiza zmian budowy chemicznej z zastosowaniem spektroskopii w podczerwieni i spektroskopii mas z pirolizą. Analizy te uzupełnia ocena zmian ubytku masy. Zmiany cech powierzchniowych polieterouretanów oceniono na podstawie zmian kąta zwilżania, obserwacji z zastosowaniem skaningowej mikroskopii elektronowej i mikroskopii sił atomowych. 2
Warto zaznaczyć, że mgr inż. Agnieszka Stępień w swojej rozprawie do analiz przebiegu procesu biodegradacji w badanych polieterouretanach zastosowała pośrednie techniki badań pozwalające ocenić zmiany w masie tych materiałów, ale też techniki pozwalające przeanalizować zmiany ich powierzchni. Wykonane badania i analiza ich wyników doprowadziły Autorkę rozprawy do zrealizowania celu pracy. Ocena strony formalnej pracy Układ rozprawy mgr inż. Agnieszki Stępień jest poprawny i typowy dla prac doktorskich. Minusem formalnej strony pracy są liczne błędy techniczne, literowe i stylistyczne. W pracy znalazły się drobne błędy techniczne: W spisie treści rozdział Część eksperymentalna mylnie oznaczono numerem IV zamiast III. Wcięcia tekstu stosowane w pracy mają różny rozmiar. Błędna numeracja Rys. 2.IV. zamiast rys. IV.2 Na rysunkach z wykresami uzyskanymi w trakcie analizy DSC próbek PUR nie zaznaczono, która z krzywych uzyskana jest w trakcie 1-szego cyklu wygrzewania. Str. 8, wiersz 16 jest niepotrzebna część nawiasu Ponadto w pracy znalazło się wiele błędów literowych i interpunkcyjnych np.: Str. 8, wiersz 15 jest: największą aktywność degradacyjna powinno być: największą aktywność degradacyjną Str. 19, 3 akapit.wywołane zmiany można obserwować z wykorzystaniem mikroskopu elektronowego [68-74] i/lub za pomocą mikroskopu polaryzacyjnego [75] mikroskopu sił atomowych (topologie powierzchni) [76]. brak przecinka Str. 19 ostatni akapit wywołują depolimeryzacje makrocząsteczek zamiast depolimeryzację Str. 22, 4 wiersz od dołu w pierwszym akapicie jest żródła powinno być źródła Str 24, drugi akapit, 2 wiersz od dołu jest Wyniki badań oświadczą, powinno być świadczą W wielu zdaniach pojawiają się błędy stylistyczne np.: Str. 7 wiersze 1 i2 od dołu:.drożdże Yarrowia lipolytica są mikroorganizmami zdolnymi do sekrecji dużej ilości enzymów, do wykorzystywania jako źródła węgla i energii różne składniki organiczne. Str. 26 ostatnie zdanie przedostatniego akapitu jest iż bardziej degradującym enzymem jest papaina niż ureaza. powinno być: szybszą degradację poliuretanów obserwuje się po ekspozycji w enzymie papainy niż ureazy Str. 8. Wiersz 10 od dołu: jest Ponownie, wyniki wykazały, powinno być Ponownie, na podstawie wyników wykazano, 3
Str 8 wiersz 6 od dołu: jest Prawdopodobnie wpływa na to ich specyficzna budowa poliuretanów, hydrofobowość. powinno być Prawdopodobnie wpływa na to ich specyficzna budowa i hydrofobowość. Str 23. 3 akapit jest: Po 30 dniach inkubacji próbki PU jako jedyne źródło węgla w hodowli Aspergillus flavus nastąpiła 60,6% redukcja masy. Powinno być Po 30 dniach inkubacji próbki PU jako jedynego źródła węgla w hodowli Aspergillus flavus nastąpiła 60,6% redukcja jej masy. Str 24. Pierwszy akapit jest: Biostymulacja wyciągiem drożdżowym zwiększyła degradację Impranilu, co wskazuje spadek wytrzymałości na rozciąganie o 65 %. powinno być Biostymulacja wyciągiem drożdżowym zwiększyła degradację Impranilu, na co wskazuje spadek wytrzymałości na rozciąganie tego polimeru o 65 %. Str 28. 1 zdanie 2 akapitu.utleniające działanie wskazano [124] powinno być Na utleniające działanie wskazano w pracy Takahary i in. [124] Str 28 ostatnie zdanie rozdziału I.4. Polieterouretan Tecoflex -próbka kontrolna po inkubacji w H2O2 nie wykazał istotnych zmiany w intensywności absorbancji FTIR. powinno być Nie wykazano istotnych zmiany w intensywności absorbancji FTIR próbki kontrolnej polieterouretanu Tecoflex po inkubacji w H2O2 Błędy techniczne, literowe i stylistyczne, które pozostały po pracy redakcyjnej nie wpłynęły na wartość merytoryczną rozprawy. Uwagi o charakterze dyskusyjnym: 1. Trudno zgodzić się ze sformułowaniem: Poliuretany charakteryzują się budową segmentową. Zbudowane są z segmentów Właściwe jest sformułowanie Makrocząsteczki poliuretanów charakteryzują się budową segmentową. Zbudowane są z segmentów 2. W wielu miejscach pracy Autorka używa nazewnictwa struktur, które wyróżnia się w budowie poliuretanów niezgodnych z powszechnie stosowanymi tj. a. segmenty elastyczne zamiast segmenty giętkie, przy powszechnie stosowanym pojęciu segmenty sztywne, b. domeny sztywne i domeny elastyczne zamiast domeny twarde oraz domeny miękkie. 3. W pracy autorka używa pojęcia inkubacja w odniesieniu do próbek poliuretanów poddawanych różnym czynnikom biologicznym. W tym znaczeniu właściwe wydaje się pojęcie ekspozycja na działanie czynników biologicznych. Pojęcia inkubacja należy raczej używać w odniesieniu do hodowli mikroorganizmów w określonych warunkach laboratoryjnych 4. Czy na podstawie danych dostarczonych przez producenta polieterouretanów można określić zawartość segmentów sztywnych w analizowanych polimerach? 5. Dlaczego autorka rozprawy zdecydowała się na analizę polieterouretanów zawierających segmenty sztywne z izocyjanianów aromatycznych i alifatycznych. 6. Proszę o wyjaśnienie, z której krzywej uzyskanej w trakcie analizy DSC wyznaczano Tg? 4
7. Na rys. IV.4 str. 45 na jednej z krzywych zaznaczono pik endotermiczny i opisano go hasłem woda. Jakie inne zjawisko w PUR może być związane z tym pikiem w zakresie temperatur 70 110 C? 8. Jakie zjawisko w PUR przedstawione na rys. IV.4 str. 45 może być związane z endotermicznym pikiem w zakresie temperatur 190 210 C? Podsumowanie Mgr inż. Agnieszka Stępień jest jedynym autorem 3 publikacji w czasopiśmie Polimery oraz współautorem trzech innych publikacji. Ponadto jest współautorem 3 wystąpień oraz 4 prezentacji konferencyjnych. Przedłożona praca świadczy o doświadczeniu Autorki w prowadzeniu prac eksperymentalnych i znajomości wielu technik badawczych, w tym z obszaru zaawansowanych technologii, stosowanych do charakteryzowania właściwości i struktury materiałów polimerowych. W wyniku prac eksperymentalnych Autorka rozprawy opisała zmiany struktury polieterouretanów poddanych procesowi biodegradacji w środowisko bakterii, drożdży i enzymów, tym samym zrealizowała założony cel pracy. Stwierdzam, że recenzowana rozprawa spełnia wymagania ustawowe i wnioskuję, aby Wysoka Rada Wydziału Chemicznego Politechniki Rzeszowskiej dopuściła mgr inż. Agnieszkę Stępień do dalszych etapów przewodu doktorskiego. 5