|
|
Design of boron cluster-containing nanostructuresin solution
Fernandez Alvarez, Roberto ; Matějíček, Pavel (advisor) ; Machalová Šišková, Karolína (referee) ; Cígler, Petr (referee)
Thesis The main objective of this thesis is the study of boron cluster compounds in solution, their interaction with polymers and the formation of nanostructures. Most of the work was focused around cobalt bis(dicarbollide) (COSAN) but the incorporation of carborane into polymers was also studied. The idea was to close the knowledge gap around the way COSAN aggregates and continue the line of the laboratory in leading this topic. Therefore, we performed in-depth analysis of isothermal titration calorimetry curves to determine the aggregation number at concentrations around the critical micellar concentration (CMC). Thus, the aggregation number obtained was an improvement over previous data obtained a much higher concentration. The use of acetonitrile as a cosolvent in the micellization process helped formulate a model describing how C-H bonds in the COSAN micelles are directed towards the inside of the micelle. Furthermore, COSAN was used as a model drug for loading nanocarriers composed of hydrophobic core and charged corona. The importance of this work relies on the creation of guidelines for drug loading into similar polymeric vectors in order to determine how the nanocarrier will be affected. With the help of coarse-grained simulations, we determined that changes in the hydrophobicity of the...
|
|
|
Self-Assembled Polymer Systems Based on Poly[(N-2,2-difluoroethyl)acrylamide] as Diagnostic and Theranostic Tracers for 19F Magnetic Resonance Imaging
Kolouchová, Kristýna ; Hrubý, Martin (advisor) ; Matějíček, Pavel (referee) ; Poučková, Pavla (referee)
In this doctoral thesis we describe a series of stimuli-responsive polymers which could be used as diagnostic tools or as smart drug delivery systems with simultaneous diagnosis (theranostics). All hereby mentioned polymers are thermoresponsive copolymers of (N-2,2-difluoroethyl)acrylamide exhibiting lower critical solution temperature in aqueous milieu. This means that they are water-soluble at low temperature while when heated above a certain temperature, they self-assemble into nano- or macro- sized assemblies. Because of the high concentration of fluorine atoms, all these polymers could be used as 19 F MRI tracers. We designed multiple different thermoresponsive, thermo- and pH-responsive, thermo-and reactive-oxygen-species-responsive polymers that could find numerous discussed applications in human medicine. We investigated their physico-chemical properties with 1 H and 19 F nuclear magnetic resonance (NMR), size exclusion chromatography (SEC), elemental analysis, dynamic light scattering (DLS), static light scattering (SLS), small angle neutron scattering (SANS), small-angle X-ray scattering (SAXS), and turbidimetry. After the physicochemical optimization of the parameters for the selected applications, their biocompatibility was tested in vitro. Several promising polymers were tested in vivo...
|
|
|
Magnetic properties of self-assembled FeRh nanomagnets
Motyčková, Lucie ; Fruchart, Olivier (referee) ; Arregi Uribeetxebarria, Jon Ander (advisor)
Magnetické nanočástice a nanostrukturované materiály jsou velkým příslibem v mnoha oblastech, včetně biomedicíny, sanace životního prostředí nebo získávání energie. Proto neustále roste zájem o výzkum jejich jedinečných vlastností a vývoj uskutečnitelných výrobních postupů. Tato práce se zabývá metodou samouspořádávání, spočívající v povrchové precipitaci tenkých vrstev, za účelem výroby epitaxních polí nanoostrůvků ze slitiny FeRh na různých monokrystalických substrátech. Při tomto výrobním postupu zůstává zachována metamagnetická fázová přeměna nanoostrůvků. Morfologie a magnetické vlastnosti samouspořádaných nanomagnetů z FeRh jsou charakterizovány kombinací experimentálních technik a modelování, přičemž bylo zjištěno, že jejich rovnovážné tvary a magnetické uspořádání jsou navzájem propojeny. Kromě toho je navržena cesta pro získání volných nanočástic, která by mohla potenciálně umožnit využití metamagnetických nanostruktur v buněčných kulturách a biomedicíně obecně. Za tímto účelem jsou nanoostrůvky FeRh uvolňovány ze substrátu chemickým leptáním. Chování nanočástic a jejich reakce na teplotu a magnetické pole jsou studovány v kapalném prostředí. Metamagnetické vlastnosti separovaných nanočástic jsou charakterizovány pomocí vibrační magnetometrie.
|
|
|
Beating Intracellular Bacterial Infections with Polymeric Nanobead-Based Interventions: Development, Structure Characterization, and Analysis
Trousil, Jiří ; Hrubý, Martin (advisor) ; Záruba, Kamil (referee) ; Kročová, Zuzana (referee)
One hundred years after the discovery of antimicrobials and antibiotics, intracellular bacterial pathogens remain a major cause of global morbidity and mortality. This is due to the complex and intricate ability of these pathogens to undergo intracellular replication while evading host cell immune defense. Bacterial agents such as Legionella pneumophila, Francisella tularensis, and Mycobacterium tuberculosis, as the causative agents of Legionnaires' disease, pulmonary tularemia, and tuberculosis (TB), respectively, contribute to this burden. Moreover, these agents are weaponizable pathogens due to their aerosolizability. TB represents a global health problem, although a potentially curative therapy has been available for approximately 50 years; this intracellular disease affects approximately 1 in 3 people worldwide, with over 10 million new cases per year and one death every three minutes. TB can usually be treated with a 6- to 9-month course of combined therapy. The necessity of using a cocktail of anti-TB drugs and the long-term treatment schedules required for conventional therapy, however, result in poor patient compliance; therefore, the risk of treatment failure and relapses is higher. Hence, improved drug delivery strategies for the existing drugs can be exploited to shorten the duration of TB...
|
|
|
The study of the association behavior of the amphiphilic copolymers in solutions containing low molar compounds by means of computer simulations.
Šindelka, Karel
Title: The study of the association behaviour of the amphiphilic copolymers in solutions containing low molar compounds by means of computer simulations. Author: Mgr. Karel Šindelka Department: Faculty of Science, Charles University Supervisor: Doc. Ing. Zuzana Limpouchová, Csc. Abstract This doctoral thesis focuses on the study of electrostatic self- and co-assembly in complex polymer solutions containing polyelectrolyte (PE) block copolymers together with surfactants, neutral homopolymers, or oppositely charged PEs using the dissipative particle dynamics (DPD). It was shown that the electro- static self-assembly depends not only on the cooperative interactions of oppo- sitely charged PE chains, but also on the amphiphilicity of PE species or on the polymer block compatibility, among other properties. PEs with incompatible blocks create well-defined core-shell structures, while large ill-defined crew-cut aggregates form from PEs with compatible blocks In non-stoichiometric mixtures of PEs with incompatible blocks, co-assembled nanoparticles are smaller than in stoichiometric mixtures and are charged. The destabilization of larger aggregates depends on how the PE charge surplus is introduced: the effect is strongest when the density of the surplus PE charge on the PE chains is increased and weakest when the...
|
|
|
Towards lateral interactions within self-organized monomolecular layers
Staněk, Jan ; Baše, Tomáš (advisor) ; Bastl, Zdeněk (referee)
This work aimed at the utilization of chemical principles for stabilization of self-assembled monolayers (SAMs) of carboranethiol derivatives on a flat gold surface. Ideas employing surface confined coordination complex formation and dipole-dipole intermolecular interactions were outlined and the respective literature survey was compiled. Preliminary experiments were carried out to test for their feasibility and surfaces modified with self assembled monolayers proved very sensitive to reaction conditions ordinarily used for bulk synthesis. The chemical sensitivity of the studied surfaces, the necessity of using appropriate surface-sensitive analytical techniques and the depth of the problem initially defined made this task both advanced and challenging. The formation of intermolecular coordination complexes with ω-carboxylated SAMs of meta-carborane-9-thiol was chosen to answer those issues, extending the previous work of the author on carboxylated carboranethiol isomers presented in his bachelor thesis. Concepts different of those based on coordination chemistry are briefly discussed as well, but more as prospects for future work and to present this work in a broader context to which it belongs. Characterization of molecules assembled on a surface in a single layer requires surface sensitive...
|
|
|
Magnetically assembled nanoparticle structures and their effect on mechanical response of polymer nanocomposites
Zbončák, Marek ; Khúnová,, Viera (referee) ; Crosby, Alfred (referee) ; Jančář, Josef (advisor)
Magneticky řízené samo-uspořádávání v polymerních nanokompozitech je studováno v této dizertační práci. Strukturování polymerních nanokompozitů pomocí relativně slabých magnetických polí (B=0-50 mT) bylo prokázáno jako praktická metoda pro kontrolu jejích nano a mikrostruktury. Vliv intenzity magnetického pole, množství nanočástic, viskozity a času uspořádávání na výslednou strukturu byl studován v různých systémech jako fotopolymer, polyuretan nebo koloidně dispergované nanočástice v acetonu s malým množstvím rozpuštěného polymeru. Samo-uspořádané struktury – bez aplikace vnějšího magnetického pole vykazují vícekrokovou agregaci nanočástic do uskupení s komplexním tvarem. Magnetické interakce byly označené jako odpovědné za agregaci nanočástic v samo-uspořádaných systémech pomocí výpočtů energii mezi-částicových interakcí. S rostoucím magnetickým polem, magnetické nanočástice jsou rychle uspořádané do jednorozměrných částicových řetězů s vysokým aspektním poměrem a homogenní orientaci v polymerní matrici. S prodluženým časem uspořádaní, tyto struktury postupně rostou z malých submikrometrových struktur do velkých mikroskopických super struktur. Táto metoda vykazuje velký potenciál pro kontrolovanou přípravu široké škály struktur v polymerních nanokompozitech vhodných pro technologické aplikace a také pro fundamentální studie. Magneticky uspořádané polymerní nanokompozity vykazují značnou směrovou anisotropii tuhosti kompozitu nad jeho skelným přechodem přičemž, pod skelným přechodem systému není pozorován žádný efekt. Podélně orientované struktury vykazují větší příspěvek k tuhosti kompozitů. Efektivnost vyztužení vykazuje teplotně závislý průběh a maximum je pozorováno přibližně 60 °C nad skelným přechodem. Struktura magneticky uspořádaného polymerního nanokompozitu byla popsána vícero-úrovňovým hierarchickým modelem materiálu. Mikromechanika byla využitá k popisu směrově závislého vyztužení polymerních nanokompozitů a k popisu teplotně závislé tuhosti hybridních struktur složených z nanočástic a polymeru. Schopnost nést napětí, deformovat se a nenulová tuhost hybridních struktur je odpovědná za vyztužení polymerních nanokompozitů. Přítomnost polymerních přemostění mezi nanočásticemi, které přenášejí napěti skrze magnetické struktury je označená jako nezbytná pro mechanickou odezvu polymerních nanokompozitů a pro tuhost hybridních struktur.
|
|
|
The study of the association behavior of the amphiphilic copolymers in solutions containing low molar compounds by means of computer simulations.
Šindelka, Karel ; Limpouchová, Zuzana (advisor) ; Slavíček, Petr (referee) ; Vondrášek, Jiří (referee)
Title: The study of the association behaviour of the amphiphilic copolymers in solutions containing low molar compounds by means of computer simulations. Author: Mgr. Karel Šindelka Department: Faculty of Science, Charles University Supervisor: Doc. Ing. Zuzana Limpouchová, Csc. Abstract This doctoral thesis focuses on the study of electrostatic self- and co-assembly in complex polymer solutions containing polyelectrolyte (PE) block copolymers together with surfactants, neutral homopolymers, or oppositely charged PEs using the dissipative particle dynamics (DPD). It was shown that the electro- static self-assembly depends not only on the cooperative interactions of oppo- sitely charged PE chains, but also on the amphiphilicity of PE species or on the polymer block compatibility, among other properties. PEs with incompatible blocks create well-defined core-shell structures, while large ill-defined crew-cut aggregates form from PEs with compatible blocks In non-stoichiometric mixtures of PEs with incompatible blocks, co-assembled nanoparticles are smaller than in stoichiometric mixtures and are charged. The destabilization of larger aggregates depends on how the PE charge surplus is introduced: the effect is strongest when the density of the surplus PE charge on the PE chains is increased and weakest when the...
|
|
|
Atelocollagen processing, gelation and characterization
Zubal, Lukáš ; Podzimek,, Štěpán (referee) ; Migliaresi, Claudio (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Předkládaná disertační práce se zabývá charakterizací, zpracováním a gelací rozpustného kolagenu. Literární rešerše shrnuje postavení kolagenu na trhu s transplantáty, jeho aplikace a jednotlivé typy kolagenu. Detailně jsou rozebrány jednotlivé metody charakterizace rozpustného kolagenu a způsoby jeho gelace. Experimentální část je rozdělena na dvě podkapitoly. První podkapitola experimentální části se zabývá rozpouštěním a gelací rozpustného kolagenu v natlakované CO2 atmosféře. Proti jiným podobným metodám, metoda pracuje na poměrně nízkém tlaku (do 0.9MPa) a je bezpečná z pohledu denaturace kolagenu neboť funguje za nízké teploty blízké 0°C. Tímto způsobem mohou být průhledné gely, obsahující velmi tenká vlákna kolagenu, vytvořeny mnohem rychleji než za použití konvenčních metod. Rychlost gelace a transparentnost dává konceptu potenciál v oblasti oftalmologie a měla by přinést podstatné výhody pro injektovatelné produkty, vytváření mikro kuliček a 3D tisk. Druhá část popisuje unikátní charakterizaci rozpustného kolagenu v nativním stavu pomocí metody průtokové frakcionace s víceúhlovým rozptylem světla (AF4-MALS). Získaná molekulová hmotnost (při nejvyšší detekované koncentraci) odpovídá předpovězené hmotnosti a nativní i denaturovaný kolagen lze snadno rozeznat v konformačním grafu. Tato nová metoda poskytuje konzistentní a stabilní výsledky ve srovnání s ostatními zavedenými metodami. Metoda může být použita pro optimalizaci kvality výtěžků během výroby rozpustného kolagenu, nebo pro citlivou detekci denaturace během zpracování kolagenu.
|
|
|
2-Oxazoline triblock copolymers with hydrophilic, lipophilic and fluorophilic blocks: from synthesis to hierarchical self-assembly
Kaberov, Leonid ; Štěpánek, Petr (advisor) ; Černoch, Peter (referee) ; Schlaad, Helmut (referee)
DOCTORAL THESIS ABSTRACT 2-Oxazoline triblock copolymers with hydrophilic, lipophilic and fluorophilic blocks: from synthesis to hierarchical self-assembly MSc. Leonid Kaberov The focus of this research was on the study of di- and triblock poly(2-oxazoline) copolymers with fluorinated blocks. The synthesis and solution properties of novel copolymers combining hydrophilic, hydrophobic (lipophilic) and fluorophilic moieties into one segmented molecule were reported. The simple synthetic approach which provides an easy way to attach a CnF2n+1 terminal chain to a poly(2-methyl-2-oxazoline)-block-poly(2-n-octyl-2-oxazoline) copolymer was described. Small-angle neutron and x-ray scattering experiments unambiguously proved the existence of polymersomes, worm-like micelles and their aggregates in aqueous solution. It was shown that increasing content of fluorine in the poly(2-oxazoline) copolymers results in a morphological transition from bilayered or multi-layered vesicles to worm-like micelles. The synthesis of poly(2-perfluoroalkyl-2-oxazoline)s is complicated by their extremely low activity in cationic ring-opening polymerization reaction (CROP), both in the initiation and in the propagation due to strong electron-withdrawing effect of perfluoroalkyl substituent. A detailed systematic study on synthetic...
|
guest ::
