|
|
Designing and testing of new metal nanosubstrates for biomolecular sensors based on surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy
Peksa, Vlastimil ; Procházka, Marek (vedoucí práce) ; Matějka, Pavel (oponent) ; Richter, Ivan (oponent)
Název práce: Vývoj a testování nových kovových nanosubstrátů pro biomolekulární senzory založené na spektroskopii povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (SERS) Autor: Vlastimil Peksa Katedra / Ústav: Fyzikální ústav UK Vedoucí disertační práce: doc. RNDr. Marek Procházka, Ph.D., Fyzikální ústav UK Abstrakt: Tato experimentální metodická práce byla zaměřena na optimalizaci vybraných zlatých a stříbrných povrchů a práci s nimi při konstrukci biosenzorů založených na SERS spektroskopii, včetně následné praktické aplikace. Za tímto účelem bylo testováno několik typů povrchů vytvářených kombinacemi "bottom-up" technik na pevných substrátech. Vlastnosti těchto povrchů byly studovány pomocí modelových molekul, jmenovitě methylene blue, porfyrinů a tryptofanu, na konfokálním Ramanově mikrospektrometru. Získané poznatky o vlivech aplikace analytu, fokusování a interního intenzitního standartu byly využity pro optimalizaci měřících postupů s ohledem na citlivost, přesnost a reprodukovatelnost měření. Na základě těchto poznatků byla vyvinuta metoda kvantitativní detekce potravinářského barviva azorubin (E 122) v komerčně dostupných nápojích. Její výsledky ukázaly, že tato aplikace může sloužit jako předběžná testovací metoda pro měření v terénu. Klíčová slova: Kovové nanopovrchy, biomolekuly, biosenzory, Raman, SERS
|
|
|
Surface-enhanced Raman microspectroscopy of biomolecules and biological systems
Šimáková, Petra ; Procházka, Marek (vedoucí práce) ; Michl, Martin (oponent) ; Šloufová, Ivana (oponent)
Cílem této práce bylo využití mikrospektroskopie povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (SERS) ke studiu biomolekul a biologických systémů. Hlavní testovací molekulou byl kationický porfyrin H2TMPyP, avšak byly použity také jiné porfyriny, tryptofan a dva lipidy. Byla srovnána citlivost a reprodukovatelnost několika pevných SERS substrátů: (1) Au a Ag nanočástic (NPs) imobilizovaných pomocí bifunkční molekuly, (2) AgNPs imobilizované vyschnutím, (3) vysoce uspořádaných Au- a AgFON substrátů a (4) Ag pokovených hmyzích křídlech. Na většině z těchto pevných povrchů byla nejnižší detekovaná koncentrace H2TMPyP ~10-8 M. Nejvyšší citlivost poskytly vyschlé kapky směsi AgNPs/analyt, z nichž byly detekovány koncentrace 1×10-10 M TMPyP, 1×10-5 M tryptofanu, 2×10-7 M DSPC a 3×10-7 M DMTAP. Spektrální reprodukovatelnost je však v tomto případě nižší kvůli metalaci porfyrinu a změnám ve spektrech lipidů ve srovnání s jejich Ramanovy spektry z roztoku. Nejvyšší reprodukovatelnost byla dosažena na AuFON substrátech a Ag pokovených hmyzích křídlech. AgNPs modifikované polymerem PEG byly testovány na rakovinných HeLa buňkách pro vnitrobuněčné využití. Metalace H2TMPyP sloužila jako sonda dostupnosti povrchu PEG-Ag- nanočástic. Výsledky prokázaly, že tato dostupnost je závislá na chemických vlastnostech jak...
|
|
|
Optimization of new active surfaces based on plasmonic nanoparticle assemblies for SERS, SERRS and surface-modified luminescence studies of selected molecules
Sutrová, Veronika
Byly připraveny dva typy 3-dimenzionálních (3D) Ag agregátů s vnitřní nanohoubovitou strukturou a testovány jako vzorky pro povrchem zesílený Ramanův rozptyl (SERS) a jako aktivní povrchy pro povrchem zesílenou luminiscencí. 3D Ag agregát s vnitřní nanohoubovitou strukturou byl připraven z fraktálních 2D fúzovaných agregátů (D = 1,87 ± 0,02) získaných modifikací hydrosolu Ag nanočástic (NČ) připraveného redukcí AgNO3 pomocí NH2OH∙HCl. Pro SERS měření byl připraven Ag agregát se začleněnými kationty [Ru(bpy)3]2+ a Cl- anionty, který byl převrstven tenkou vrstvou vodné fáze. Modifikací Ag NČ chloridy vznikly fraktální fúzované agregáty, ze kterých byl následně připraven 3D Ag agregát pro měření povrchem zesílené luminiscence. Po přípravě byl agregát převrstven 1×10-5 M vodným roztokem [Ru(bpy)3]2+ . SERRS (1×10-14 M) a SERS (1×10-15 M) limity detekce [Ru(bpy)3]2+ určené při excitační vlnové délce 445 a 532 nm odpovídají mezi detekce na úrovni detekce jedné molekuly. K možnosti detekce na úrovni jedné molekuly přispívá zesílení elektromagnetickým mechanismem v důsledku lokalizace [Ru(bpy)3]2+ do "hot spots", efektivní lokalizace "hot spots" do fokusu laserového svazku při mikro-Ramanském spektrálním měření a příspěvek molekulární rezonance k celkovém zesílení signálu. Fosforescenční měření z 3D Ag...
|
|
|
Ionic polyacetylene type polymers and polymer networks by catalyst-free quaternization polymerization
Faukner, Tomáš
(Doctoral Thesis, 2016, Mgr. Tomáš Faukner, Iontové polymery a polymerní sítě polyacetylenického typu připravené metodou kvaternizační polymerizace) Byla provedena detailní studie složení a konfigurační struktury série iontových π-konjugovaných poly(monosubstituovaných acetylenů) připravených kvaternizační polymerizací (QP) 2-ethynylpyridinu (2EP) s equimolárním množstvím alkyl halogenidu (RX = ethyl bromid, ethyl jodid, nonyl bromid, hexadecyl (cetyl) bromid) jako kvaternizačního činidla (QA). Všechny produkty, dobře rozpustné v polárních rozpouštědlech, vykazovaly stupeň kvaternizace cca. 0.5, což naznačuje, že i nekvaternizované monomery byly zapojeny do polymerního řetězce. Na základě výsledků 1 H NMR, IR a Raman (SERS) spektrálních metod byla určena konfigurační struktura polyacetylenických řetězců připravených polymerů: polymery připravené bez přídavku rozpouštědla vykazovaly více očekávanou nepravidelnou cis/trans konfiguraci, kdežto polymery připravené v roztoku acetonitrilu vykazovaly vysoký podíl cis jednotek. Symetrické bi-pyridylacetylenické monomery, které byly v rámci této studie nasyntetizovány, byly polymerizovány metodou QP za vzniku série nových iontový disubstituovaných polyacetylenických materiálů. Mechanismus, který je používán zejména k polymerizaci monosubstituovaných...
|
|
|
Ionic polyacetylene type polymers and polymer networks by catalyst-free quaternization polymerization
Faukner, Tomáš ; Zedník, Jiří (vedoucí práce) ; Balcar, Hynek (oponent) ; Sedlařík, Vladimír (oponent)
(Doctoral Thesis, 2016, Mgr. Tomáš Faukner, Iontové polymery a polymerní sítě polyacetylenického typu připravené metodou kvaternizační polymerizace) Byla provedena detailní studie složení a konfigurační struktury série iontových π-konjugovaných poly(monosubstituovaných acetylenů) připravených kvaternizační polymerizací (QP) 2-ethynylpyridinu (2EP) s equimolárním množstvím alkyl halogenidu (RX = ethyl bromid, ethyl jodid, nonyl bromid, hexadecyl (cetyl) bromid) jako kvaternizačního činidla (QA). Všechny produkty, dobře rozpustné v polárních rozpouštědlech, vykazovaly stupeň kvaternizace cca. 0.5, což naznačuje, že i nekvaternizované monomery byly zapojeny do polymerního řetězce. Na základě výsledků 1 H NMR, IR a Raman (SERS) spektrálních metod byla určena konfigurační struktura polyacetylenických řetězců připravených polymerů: polymery připravené bez přídavku rozpouštědla vykazovaly více očekávanou nepravidelnou cis/trans konfiguraci, kdežto polymery připravené v roztoku acetonitrilu vykazovaly vysoký podíl cis jednotek. Symetrické bi-pyridylacetylenické monomery, které byly v rámci této studie nasyntetizovány, byly polymerizovány metodou QP za vzniku série nových iontový disubstituovaných polyacetylenických materiálů. Mechanismus, který je používán zejména k polymerizaci monosubstituovaných...
|
|
|
Uspořádání Ag a Au nanočástic pomocí oligomerů na bázi terpyridinu: Vztah mezi morfologií a spektrálními charakteristikami
Prusková, Markéta ; Šloufová, Ivana (vedoucí práce) ; Procházka, Marek (oponent)
Práce je zaměřená na přípravu, morfologickou a spektroskopickou charakterizaci mezifázových nanokompozitních (NK) dvojdimenzionálních (2D) samouspořádaných systémů Ag a Au nanočástic (NČ), které byly funkcionalizovány adsorbáty s terpyridylovými koncovými skupinami (2,2′:6′,2′′-terpyridin (tpy), 4'-(thiofen-2-yl)terpyridin (T-tpy), α,ω- bis(terpyridyl)-2,2'-bithiofen (tpy-2T-tpy) a α,ω-bis(terpyridyl)-2,2':5',2''-terthiofen (tpy-3T- tpy). Morfologická charakterizace NK systémů prokázala zachování průměrné vzdálenosti nejbližších NČ ve všech systémech nezávisle na použitém adsorbátu. Celková průměrná vzdálenost NČ se zvyšovala v pořadí: tpy < T-tpy < tpy-2T-tpy < tpy-3T-tpy, zatímco průměrná obsazenost plochy NČ se ve stejném pořadí snižovala a korelovala s posunem maxima SPE (surface plasmon extinction) pásu nanokompozitů (tpy > T-tpy > tpy-2T-tpy > tpy-3T-tpy). Z uvedených výsledků vyplývá, že o posunu maxim SPE pásů nerozhoduje pouze hodnota nejbližších mezičásticových vzdáleností, ale daleko více rozsah delokalizace povrchového plasmonu v 2D uspořádání NČ. Čím menší jsou ostrůvky tvořené NČ v blízkém kontaktu, tím je menší posun maxima SPE křivek a naopak. Studie připravených NK filmů pomocí SERS spektroskopie potvrdila existenci dvou forem povrchových komplexů - s přenosem a bez přenosu náboje...
|
|
| |
|
|
SERS spektroskopie modelových biomolekul pro SERS biosenzing
Šubr, Martin ; Procházka, Marek (vedoucí práce) ; Michl, Martin (oponent)
Název práce: SERS spektroskopie modelových biomolekul pro SERS biosenzing Autor: Martin Šubr Ústav: Fyzikální ústav UK Vedoucí diplomové práce: doc. RNDr. Marek Procházka, Dr., Fyzikální ústav UK Abstrakt: Hlavním požadavkem biomolekulárního senzingu, založeného na spektroskopii povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (SERS), je vysoká citlivost a spektrální reprodukovatelnost. K tomuto účelu byly v rámci práce testovány pravidelné pevné stříbrné a zlaté nanostruktury, připravované magnetronovým naprašováním a litografickými metodami na spolupracujících pracovištích. Reprodukovatelná SERS spektra použitých modelových biomolekul (aminokyselin, lysozymu a albuminu) byla na pravidelných pevných stříbrných površích získána v koncentracích 10-4 až 10-6 M, v případě porfyrinů až ≈ 10-7 M. SERS spektra některých biomolekul byla také srovnávána se spektry naměřenými na stříbrném koloidu. Stříbrný hydroxylaminový koloid při použití KCl jako agregačního činidla poskytuje podstatně nižší limit detekce vybraných látek (např. pro cystein řádově 10-8 M), ale s nižší spektrální reprodukovatelností. Hlavním problémem měření SERS spekter ze stříbrných povrchů byl výskyt anomálních pásů, pocházejících z procesu přípravy. V případě pevných stříbrných naprašovaných povrchů bylo zjištěno, že ponechání substrátu několik hodin ve...
|
|
|
Optimization of new active surfaces based on plasmonic nanoparticle assemblies for SERS, SERRS and surface-modified luminescence studies of selected molecules
Sutrová, Veronika ; Vlčková, Blanka (vedoucí práce) ; Procházka, Marek (oponent)
Byly připraveny dva typy 3-dimenzionálních (3D) Ag agregátů s vnitřní nanohoubovitou strukturou a testovány jako vzorky pro povrchem zesílený Ramanův rozptyl (SERS) a jako aktivní povrchy pro povrchem zesílenou luminiscencí. 3D Ag agregát s vnitřní nanohoubovitou strukturou byl připraven z fraktálních 2D fúzovaných agregátů (D = 1,87 ± 0,02) získaných modifikací hydrosolu Ag nanočástic (NČ) připraveného redukcí AgNO3 pomocí NH2OH·HCl. Pro SERS měření byl připraven Ag agregát se začleněnými kationty [Ru(bpy)3]2+ a Cl- anionty, který byl převrstven tenkou vrstvou vodné fáze. Modifikací Ag NČ chloridy vznikly fraktální fúzované agregáty, ze kterých byl následně připraven 3D Ag agregát pro měření povrchem zesílené luminiscence. Po přípravě byl agregát převrstven 1×10-5 M vodným roztokem [Ru(bpy)3]2+ . SERRS (1×10-14 M) a SERS (1×10-15 M) limity detekce [Ru(bpy)3]2+ určené při excitační vlnové délce 445 a 532 nm odpovídají mezi detekce na úrovni detekce jedné molekuly. K možnosti detekce na úrovni jedné molekuly přispívá zesílení elektromagnetickým mechanismem v důsledku lokalizace [Ru(bpy)3]2+ do "hot spots", efektivní lokalizace "hot spots" do fokusu laserového svazku při mikro-Ramanském spektrálním měření a příspěvek molekulární rezonance k celkovém zesílení signálu. Fosforescenční měření z 3D Ag...
|
|
|
Vývoj a testování nových typů aktivních povrchů pro studium povrchem-modifikovaných optických procesů biologicky významných molekul
Sutrová, Veronika ; Vlčková, Blanka (vedoucí práce) ; Procházka, Marek (oponent)
Hydrosoly stříbrných nanočástic (AgNČ) připravené redukcí AgNO3 buď NaBH4 (BH hydrosol AgNČ), nebo NH2OH·HCl (HA hydrosol AgNČ) modifikované přídavkem HCl byly charakterizovány spektry plasmonové extinkce a transmisní elektronovou mikroskopií a jejich SERS (Surface-enhanced Raman Scattering) aktivita byla otestována měřením SERS a SERRS (Surface-enhanced Resonance Raman Scattering) spekter testovacích adsorbátů 2,2'-bipyridylu (bpy) a 5,10,15,20-terakis(1-methyl-4-pyridiumyl)-21H,23H-porfinu (H2TMPyP) a určením jejich SERS nebo SERRS spektrální mezí detekce při λexc = 532 nm. Pro oba typy hydrosolů AgNČ bylo zjištěno, že přídavkem HCl a následným přídavkem adsorbátu dochází k přerůstání AgNČ a rovněž k tvorbě jejich kompaktních agregátů spojených s tvorbou Ag(0) adsorpčních míst. Mez detekce bpy v makroskopickém uspořádání v kyvetě činila v systému HA hydrosol AgNČ/HCl/bpy 1·10-9 M a v systému BH hydrosol AgNČ/HCl/bpy 1·10-8 M přičemž detegovanou formou je Ag(0) povrchový komplex. O 1 řád nižší mez detekce bpy v systému s HA hydrosolem AgNČ je připsána účinnějšímu přerůstání AgNČ v HA hydrosolu a tudíž účinnější tvorbou "hot spots" a jeho větší extinkcí při 532 nm. Mez detekce H2TMPyP je v obou hydrosolových systémech stejná, a to 1·10-7 M. Důvodem jsou zřejmě ztráty signálu způsobené částečnou...
|
host ::
RSS.