Preparation and application of combined functionalized nanomaterials with antimicrobial effect in food and cosmetics

Táto diplomová práca je zameraná na prípravu kombinovaných nanomateriálov, ktoré boli funkcionalizované antimikrobiálnou zložkou. V práci boli používané nanočastice aj nanovlákna. Boli pripravené lipozómy bez prídavku polyhydroxybutyrátu, ale aj s jeho prídavkom. Nanovlákna boli získané z roztoku želatíny pomocou elektrospinningu. Na funkcionalizáciu bol využitý thymol, eugenol, kurkumín a vitamín E. V teoretickej časti boli charakterizované jednotlivé bioaktívne zložky, materiály na prípravu nanočastíc a nanovláken a taktiež metódy prípravy týchto nanomateriálov. Taktiež boli popísané aplikácie pripravených nanočastíc ako konzervantov v potravinárstve a aplikácie nanovláken pri hojení rán a v kozmetickom priemysle. V praktickej časti bola sledovaná antioxidačná aktivita účinných látok. Boli pripravené dva druhy lipozómov, u ktorých bola testovaná veľkosť, stabilita a enkapsulačná účinnosť. Následne bola sledovaná rýchlosť uvoľňovania aktívnych látok z pripravených lipozómov. Pomocou elektrospinningu boli pripravené nanovlákna s kombináciami látok, ktoré boli enkapsulované v lipozómoch. U aktívnych zložiek, nanočastíc a nanovláken bola sledovaná antimikrobiálna aktivita na troch mikroorganizmoch, a to Micrococcus luteus, Staphylococcus epidermidis a Escherichia coli. Jednotlivé látky v čistej, ale aj enkapsulovanej forme boli navzájom kombinované s cieľom pozorovať možný synergický účinok. Pripravené nanočastice a nanovlákna s antimikrobiálnymi zložkami boli podrobené testom cytotoxicity na ľudských keratinocytoch. Nanovlákna boli použité aj pri scratch teste, kedy bola sledovaná schopnosť zacelenia rany.The presented diploma thesis is focused on the preparation of combined nanomaterials that were functionalized with an antimicrobial ingredient. Liposomes were prepared without the addition of polyhydroxybutyrate but also with its addition. The nanofibers were obtained from gelatin solution by electrospinning. Thymol, eugenol, curcumin and vitamin E were used for functionalization. In the theoretical part, individual bioactive components, materials for the preparation of nanoparticles and nanofibers as well as methods of synthesis of these materials were characterized. The applications of the prepared nanoparticles as preservatives in the food industry and applications of nanofibers in wound healing and in the cosmetics industry have also been described. In the experimental part, the antioxidant activity of the active substances was determined. Two types of liposomes were prepared and evaluated for size, stability and encapsulation efficiency. Subsequently, the release rate of active substances from the prepared liposomes was monitored. Nanofibers with combinations of substances that were encapsulated in liposomes were prepared by electrospinning. The antimicrobial activity of the active ingredients, nanofibers and nanomaterials was monitored on three strains of microorganisms, namely Micrococcus luteus, Staphylococcus epidermidis and Escherichia coli. The individual substances in pure as well as encapsulated form were combined with each other to observe the possible synergistic effect. The prepared nanoparticles and nanofibers with antimicrobial components were tested for cytotoxicity on human keratinocytes. The nanofibers were also subjected to a scratch test, which simulates the wound healing process.