|
|
Elektronické vlastnosti biosenzorů
Netočný, Martin ; Vala, Martin (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
V úvodní části se pojednává o organických tenkovrstvých tranzistorech a jejich možném využití jako chemických a biologických senzorů. Střední část pojednává o elektrických vlastnostech zařízení OECT v přechodném ději a ustáleném stavu a potenciálním využití OECT zařízení pro sledování buněk. Závěrečná experimentální část se zabývá vlivem teploty, stárnutí, prostředí elektrolytu a geometrie na funkci OECT zařízení.
|
|
|
Senzorické vlastnosti organických N-typových polovodičů a jejich stabilita na vzduchu
Saska, Pavel ; Vala, Martin (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
O vodíku se již delší dobu diskutuje jako o nástupci fosilních paliv, jejichž zásoby se neustále zmenšují. Jedním z nezbytných předpokladů pro možné využití vodíku jako nosiče energie je jeho spolehlivá detekce. V souvislosti s rozvojem organické elektroniky se naskytla možnost využití derivátů diketopyrrolopyrrolu jako aktivních látek vodíkových senzorů. Deriváty diketopyrrolopyrrolu jsou organické pigmenty, které mají charakter polovodičů. Jejich analogy s pyridinovou skupinou díky volným elektronovým párům atomu dusíku vykazují citlivost na vodík. Obecným problémem organických N-typových polovodičů je však jejich nestabilita na vzduchu. Tato práce je tedy zaměřena na testování vlastností vodíkových senzorů s aktivní vrstvou z derivátů diketopyrrolopyrrolu a posouzení jejich stability na vzduchu.
|
|
|
Nové organické polovodiče pro bioelektroniku
Malečková, Romana ; Salyk, Ota (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá charakterizací nového organického polovodivého polymeru PEDOT:DBSA pro použití v bioelektronických zařízeních. Dále se zabývá možnostmi úpravy jeho povrchu s cílem zvýšení jeho biokompatibility a stability ve vodném prostředí. Za tímto účelem byly tenké vrstvy organického polymeru síťovány dvěma síťovacími činidly – GOPS a DVS. Pomocí delaminačního testu byla studována schopnost těchto činidel zamezit vyplavování některých frakcí tenkých vrstev polymeru ve vodném prostředí a schopnost propojit molekuly polymeru mezi sebou, stejně tak jako se skleněným substrátem. Následně byl studován vliv těchto činidel na vlastnosti tenkých vrstev esenciálních pro správné fungování bioelektroniky, která by tyto vrstvy využívala, a to měřením kontaktního úhlu a pomocí čtyřbodové sondy. Síťovaný i originální materiál byl použit jako aktivní vrstva v OECT, které byly charakterizovány měřením transkonduktance a objemové kapacitance. Ukázalo se, že PEDOT:DBSA je vhodný materiál pro použití v bioelektronice, ale jeho tenké vrstvy je třeba ve vodném prostředí stabilizovat. Činidlo DVS se pro tento účel jeví jako nevhodné, především kvůli nedostatečné stabilizaci povrchu filmu studovaného materiálu a také kvůli zvýšení hydrofility povrchu materiálu, tedy i zvýšení jeho tendence interagovat s vodou, v důsledku čehož dochází snadněji k degradaci těchto tenkých vrstev. Oproti tomu činidlo GOPS i přes jisté snížení vodivosti filmu dokázalo vrstvu polymeru dlouhodobě stabilizovat, a jeví se tak jako vhodný způsob stabilizace polymeru PEDOT:DBSA.
|
|
|
Studium organických molekulárních látek pomocí rentgenového záření.
Stejkora, Jakub ; Richtera, Lukáš (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
Deriváty diketopyrrolopyrrolu jsou barevné pigmenty potencionálně využitelné v oblasti organických polovodičových struktur. Jejich elektronické vlastnosti jako vodivost, fotovodivost a elektroluminescence souvisí s jejich krystalografickou strukturou, která určuje transportní cestu náboje látkou. Práce se zabývá stanovením této struktury pomocí rentgenové difraktometrie. Na základě známé krystalografické struktury diketo-dipyridyl-pyrrolo-pyrrolu je pomocí dostupného programového vybavení modelován difraktogram a zpětně naměřený difraktogram je použit pro modelování struktury. Tato metoda je použita i na jiné příbuzné deriváty o neznámé krystalografické struktuře.
|
|
|
Funkční nanočástice pro plasmonické biosenzory
Přítulová, Marie ; Salyk, Ota (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Tato diplomová práce je zaměřena na přípravu zlatých nanočástic a jejich použití pro citlivou detekci karcinoembryonálního antigenu (CEA) pomocí biosenzoru s povrchovými plasmony. V této práci byla studována příprava koloidních nanočástic. Sférické nanočástice s hladkým povrchem o velikosti 100 nm byly připraveny zoptimalizovanou tříkrokovou syntézou. Zlaté nanočástice byly následně funkcionalizovány monovrstvou alkyl-thiolů a molekulami streptavidinu. Takto funkcionalizované nanočástice byly charakterizovány UV/VIS spektroskopií a změřením zeta-potenciálu. Následně byly tyto nanočástice použity pro citlivou detekci CEA a bylo ukázáno, že zesilují odezvu senzoru 100krát v porovnání s odezvou senzoru při přímé detekci.
|
|
|
Adheze vrstev plazmových polymerů připravených z monomeru tetravinylsilanu
Plichta, Tomáš ; Salyk, Ota (oponent) ; Čech, Vladimír (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá charakterizací tenkých vrstev plazmových polymerů, připravených z monomeru tetravinylsilanu (TVS) a nanesených na plošné křemíkové substráty. Jako způsob přípravy tenkých vrstev byla použita metoda chemické depozice z plynné fáze (PE CVD). Byly připraveny tři výkonové série, a to z čistého TVS a dále TVS ve směsi s argonem a kyslíkem. Hlavními metodami charakterizace byly vrypová zkouška a mikroskopie atomárních sil (AFM), sloužící k posouzení míry adheze vrstev a topografie vrypů. Pro posouzení vlastností a souvislostí byla změřena tloušťka vrstev pomocí spektroskopické elipsometrie (ELL) a dále modul pružnosti pomocí nanoindentace. Ze získaných dat byla posouzena reprodukovatelnost výsledků s ohledem na čistotu substrátů a adheze vrstev v závislosti na depozičních podmínkách a stárnutí vrstev.
|
|
|
Elektro-optický senzor pro detekci extracelulárních iontů
Bellan, Boris ; Salyk, Ota (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Cílem práce bylo připravit platformu organického elektrochemického tranzistoru, která by umožňovala elektrickou i optickou detekci výměny iontů mezi elektrolytem a vrstvou organického polovodiče, kterým byl poly(3,4-ethylenedioxythiofen):poly(styrensulfonát). Cílem bylo ověřit, zda navržená platforma vyhovuje požadavkům obou metod charakterizace, a zda při daném uspořádání je citlivost dostačující v požadovaném rozsahu koncentrací analytu. Práce se také zabývala studiem stability platformy ve vybraných rozpouštědlech a kultivačních mediích, současně byla studována metoda optimalizace přípravy distančního rámečku a kompletace měřicí cely OECT. Bylo hledáno vhodné rozpouštědlo polymethylmethakrylátu tak, aby toto rozpouštědlo neovlivňovalo okolní části platformy. Na základě získaných výsledků bylo zjištěno, že zvolený fotorezist pro přípravu distančního rámečku není vhodný. Nicméně, bylo zjištěno, že navržená platforma vyhovuje oběma metodám charakterizace. Při studiu detekce výměny iontů bude tedy nutné současný fotorezist nahradit novým, více chemicky stabilním.
|
|
|
Studium povrchových vlastností tenké vrstvy PEDOT:DBSA
Bellan, Boris ; Salyk, Ota (oponent) ; Tumová, Šárka (vedoucí práce)
Táto diplomová práca sa zaoberá analýzou povrchových vlastností s dôrazom na drsnosť povrchu a hydrofilitu tenkých vrstiev pripravených z čistých a modifikovaných organických konjugovaných polymérov na báze poly(3,4-etyléndioxytiofénu) (PEDOT) z hľadiska ich potencionálneho využitia v bioelektronických aplikáciach. Hlavným predmetom práce bola povrchová analýza materiálu poly(3,4-etyléndioxytiofén):poly(dodecylbenzosulfonát) (PEDOT:DBSA) a ďalej bol pozorovaný vplyv prídavku sekundárnych dopantov ako (3-glycidyloxypropyl)trimetoxysilánu (GOPS), etylénglykolu (EG) a dodecylbenzosulfonovej kyseliny (DBSA) na zmenu povrchových vlastností polyméru PEDOT:DBSA, s cieľom pripraviť materiál s optimalizovanými povrchovými vlastnosťami pre bioelektronické aplikácie. V prvej časti experimentálnej činnosti bola skúmaná povrchová energia tenkých vrstiev pomocou stanovenia kontaktných uhlov. V druhej časti práce boli pozorované a porovnané morfologické vlastnosti povrchov pripravených tenkých vrstiev pomocou mikroskopie atomárnych síl (AFM), skenovacej elektrónovej mikroskopie (SEM) a profilometrie.
|
|
|
Studying the properties of molecular photoactive materials via the methods of computational chemistry
Truksa, Jan ; Rapta, Peter (oponent) ; Toman, Petr (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
In this work, the principles of theoretical density functional theory are briefly discussed first, together with the method of searching for lowest-energy structures of molecules and predicting the spectroscopic and electronic properties. Afterwards, the results of the theoretical analysis of the geometry and electronic structure of two types of molecules is presented, combined with experimental results. First, the alloxazine and lumazine, considered together as flavins, and their derivatives represent molecular materials, while adamantyl substituted polythiophenes represent polymer materials. With respect to the flavins, different basis sets, together with the B3LYP functional, were used to find the best possible fit to experimental absorption spectra. Here, the B3LYP/6-31+G** and B3LYP/aug-cc-PVDZ methods proved to have the best correlation, with correlation coefficients 0.95 and 0.96, respectively, while the def2SVP set reached 0.94. In this context, the B3LYP/6-31+G** method seems to be the most cost-efficient. By measuring the absorption spectra of selected flavins in a mixture of dimethylsulfoxide (DMSO) and water, the spectra of flavin isomers – the alloxazine and isoalloxazine form were gained. The response of these molecules to changes in the concentration of DMSO and water will be the object of further study. For the polythiophenes, the electronic and optical properties were theoretically investigated using model octamers, while the conformations of the adamantylated side chains were considered using trimer molecules, due to a high computational complexity. Here, the methyladamantyl thiophene was found to have a more rigid structure compared to the ethyladamantyl substituted chain, which was later confirmed via crystallographic analysis and atomic force microscopy scans. Crystal structures were confirmed to be present, with lattice parameters comparable to poly(3-hexylthiophene) (P3HT). Inspired by this research, different polymer backbones based on polythiophene were considered for future synthesis. The main recommendation here is to lower the amount of side substituents, so that only one in two or one in three thiophenes bear an adamantylated side chain. Overall, the molecules presented here are interesting candidates for future use in optoelectronics, and the theoretical predictions generally agree with experimental results, although the comparison with experiment is not always trivial, e.g., in the case of the polythiophene side chains.
|
|
|
Novel Devices and Materials for Bioelectronics
Ehlich, Jiří ; Achilleas Savva, Ph.D (oponent) ; Cifra,, Michal (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
This dissertation represents a synthesis of projects I have been working on in the course of my Ph.D. studies. The projects evolve around a wide range of topics, which is the reason for the broad and general title. Projects described it the thesis involve the development of electronic tools which can be applied to several areas of bioelectronics: The first part of the thesis concerns platforms for the study of unique microorganisms capable of direct electron exchange with electronic devices. This involved design, fabrication, and application of such platforms. The second part of the thesis deals with electrical stimulation; its application to stem cells towards their directed differentiation, and fundamental studies of possibly harmful irreversible faradaic reactions happening in the course of broadly used electrical stimulation protocols applied in clinical practice. All the projects share core, common, theoretical, and practical foundation originating in chemical engineering, electrochemistry, and materials science. A unifying feature playing a major factor and appearing throughout all the projects would be a family of oxygen reduction reactions. Oxygen reduction is a necessary half-cell reaction taking place in the developed device studying electroactive microorganisms. Oxygen reduction and subsequent generation of reactive oxygen species might arguably play a significant role in the direct electrical stimulation of stem cells towards their differentiation. Lastly, oxygen reduction reactions were the main irreversible faradaic reactions we have been observing during standard electrical stimulation protocols. The thesis presents summarized theoretical background necessary to understand presented projects. Goals are defined. Results are introduced as a commented list of published scientific publications. Achieved outcomes are summarized and discussed. Also, a perspective into the future is given. Main results can be summarized as follows. First goal was to develop a platform for electrochemical characterization of electroactive microorganisms. The platform was based on 24 or 96-well Microbial Fuel Cell array. After two design iterations a prototype fulfilling all the intended requirements was developed, tested, and proven to be reliably working. Next, a multi-well platform of interdigitated electrodes was fabricated and used for electrical stimulation of stem cells. Unfortunately, the platform turned out to be unreliable and not working properly which resulted in the failed attempt to differentiate stem cells into a specific type of cells. Lastly, we have examined oxygen reduction reactions (ORRs) on electrodes made of typical materials used for neural stimulation electrodes. Oxygen can be reduced either to water or hydrogen peroxide. Both reactions can significantly reduce the quantity of dissolved oxygen near the electrode, creating hypoxic conditions harmful to neurons. Peroxide, meanwhile, can induce toxic reactions or act as a signaling molecule. We have examined the amount of reduced oxygen and produced peroxide by various stimulation protocols using amperometric sensors and compared electro-catalytic activities of studied materials. Main finding is that typical protocols lead to irreversible ORRs. Some electrode materials induce highly hypoxic conditions, others additionally produce hydrogen peroxide into the mM range.
|
host ::
RSS.