|
|
Organic electronics for biosensors
Netočný, Martin ; Vala, Martin (referee) ; Salyk, Ota (advisor)
In the first part are discussed the organic thin-film transistors and their possible use for chemical and biological sensors. Middle section discusses the electrical properties of OECT device in steady-state and transient behaviour and potential use of OECT for cell monitoring. The final experimental part deals with influence of temperature, aging, electrolyte environment and geometry on the function of OECT device.
|
|
|
Sensoric properties of organic N-type semiconductors and their air stability
Saska, Pavel ; Vala, Martin (referee) ; Salyk, Ota (advisor)
Hydrogen has been for some time discussed as a successor to fossil fuels whose stocks are constantly running low. One of the crucial requirements for the possible usage of hydrogen as an energy carrier is our ability of reliable detection. In context with development of organic electronics there occurred a possibility to use derivatives of diketopyrrolopyrroles as sensing materials of hydrogen sensors. Derivatives of diketopyrrolopyrrole are organic pigments that behave as semiconductors. Their analogues with pyridyl side group are due to free electron pairs of nitrogen atoms sensitive to hydrogen. The problem of organic N-type semiconductors is in general their instability on the air. This thesis is focused on testing of hydrogen sensors with active layer made from derivatives of diketopyrrolopyrrole and judging their stability on the air.
|
|
|
New organic semiconductors for bioelectronics
Malečková, Romana ; Salyk, Ota (referee) ; Vala, Martin (advisor)
This thesis focuses on the characterization of PEDOT:DBSA, a new semiconducting polymer for use in bioelectronic devices. It also deals with possibilities of surface treatment in order to enhance its biocompatibility and stability in aqueous environments. For this purpose, the organic polymer films were crosslinked with two crosslinking agents – GOPS and DVS. The ability of these agents to prevent leaching of some fractions of the polymer films in an aqueous environment and the ability to bind polymer molecules to each other as well as to the glass substrate was studied using the delamination test. Subsequently, the effects of these crosslinking agents on the film properties essential for the proper functions of bioelectronics made of these materials, was studied by contact angle measurements and four-point probes respectively. Moreover, several OECTs were prepared using original and crosslinked material as an active layer and were characterized by measuring transconductance and volumetric capacitance. PEDOT:DBSA has been shown to be a suitable material for use in bioelectronics, but its thin layers need to be stabilized in an aqueous environment. The agent DVS appears to be unsuitable for this purpose, mainly due to its insufficient film stabilization and its increased hydrophilicity of the film surface, thus increased tendency to interact with water, resulting in degradation of these thin layers. In contrast, GOPS, despite some reduction in film conductivity, has been able to stabilize the polymer layer over the long term, and thus appears to be a suitable way to stabilize PEDOT:DBSA.
|
|
|
Study of organic molecular compound by x-ray radiation
Stejkora, Jakub ; Richtera, Lukáš (referee) ; Salyk, Ota (advisor)
Derivates of diketopyrrolopyrrole are coloured pigments with potential use in field of organic semiconductor structures. Their electrical attributes such as conductivity, photocon- ductivity and electroluminescence relate to their crystal structures, that determine charge transport path through the compound. The work deals with determination of these structures by using x-ray diffractometry. The diffractogram based on known crystalografic structure of diketo-dipyridyl-pyrrolo-pyrrole is modeled by available software and measured diffractogram is used for structure re-modeling. This method is used for other related derivates with unknown crystal structure.
|
|
|
Functional nanoparticles for plasmonic biosensors
Přítulová, Marie ; Salyk, Ota (referee) ; Vala, Martin (advisor)
This thesis aims to prepare functional gold nanoparticles (AuNPs) and use them in conjunction with a surface plasmon resonance (SPR) biosensor for highly sensitive detection of carcinoembryonic antigen (CEA). In this work, preparation of colloidal AuNPs was investigated and a three-step synthesis was optimized to yield spherical nanoparticles with a diameter of about 100 nm and smooth surface. The synthesized AuNPs were functionalized by a self-assembled monolayer of carboxy-PEG alkanethiols and streptavidin and characterized by UV/VIS spectroscopy and -potential method. Finally, the functionalized AuNPs were employed in sandwich assay for the sensitive detection of CEA and it was demonstrated that they can enhance sensor response to CEA by a factor of 100 compared to the direct detection of CEA.
|
|
|
Adhesion of plasma polymer films deposited from tetravinylsilane monomer
Plichta, Tomáš ; Salyk, Ota (referee) ; Čech, Vladimír (advisor)
This bachelor thesis deals with the characterization of thin films of plasma polymers prepared from monomers of tetravinylsilane (TVS) and deposited on planar silicon substrates. Plasma enhanced chemical vapor deposition (PE CVD) was used as a method of thin films preparation. Three power series were prepared from pure TVS and two mixtures TVS with argon and oxygen. The main characterization methods were scratch tests and atomic force microscopy (AFM) is used to assess the adhesion degree of the layers and topography of scratches. To assess the characteristics and context the layer thickness was measured by spectroscopic ellipsometry (ELL) and elastic modulus using nanoindentation. The collected data were used to assess the reproducibility of the results with the regard to the purity of substrates and adhesion layers, depending on the deposition conditions and layers aging.
|
|
|
Electro-optical sensor for the detection of extracellular ions
Bellan, Boris ; Salyk, Ota (referee) ; Vala, Martin (advisor)
The aim of this work was to prepare a platform based on electrochemical transistor that would allow both electrical and optical detection of ion exchange between the electrolyte and the layer of organic semiconductor. Semiconductor that have been used in this work was poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate). The main goal was to verify whether the proposed platform meets the requirements of both characterization methods, and whether the sensitivity in the given arrangement is sufficient for the required range of analyte concentrations. The work also dealt with the study of the stability of the prepared platform in selected solvents and culture media, at the same time the method of optimizing the preparation of the photoresist foil and the completion of the OECT measuring cell was studied. A suitable solvent for polymethyl methacrylate was sought so that it did not affect the surrounding parts of the platform. Based on the obtained results, it was found that the selected photoresist for the preparation of the spacer frame is not suitable. However, it was found that the proposed platform satisfies both characterization methods. Therefore, it will be necessary to replace the current photoresist with a new, more chemically stable one.
|
|
|
Study of surface properties of PEDOT:DBSA thin film
Bellan, Boris ; Salyk, Ota (referee) ; Tumová, Šárka (advisor)
This master's thesis deals with the analysis of surface properties, with an emphasis on surface roughness and hydrophilicity of thin films prepared from pure and modified organic conjugated polymers based on poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) for their potential use in bioelectronic applications. The main subject of the work was the surface analysis of the material poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(dodecylbenzenesulfonate) (PEDOT:DBSA), and the influence of secondary dopants such as (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GOPS), ethylene glycol (EG), and dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA) on the change of surface properties of the PEDOT:DBSA polymer was also observed, with the aim of preparing a material with optimized surface properties for bioelectronic applications. In the first part of the experimental work, the surface energy of thin films was investigated by determining contact angles. In the second part of the work, the morphological properties of the surfaces of the prepared thin films were observed and compared using atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), and profilometry.
|
|
|
Studying the properties of molecular photoactive materials via the methods of computational chemistry
Truksa, Jan ; Rapta, Peter (referee) ; Toman, Petr (referee) ; Salyk, Ota (advisor)
V této práci jsou nejprve rychle nastíněny principy teorie funkcionálu elektronové hustoty (DFT), spolu s praktickými metodami hledání nejníže energeticky postavených struktur organických molekul a predikování jejich spektroskopických a elektronických vlastností. Poté jsou prezentovány výsledky teoretické analýzy geometrie a elektronové struktury dvou druhů molekul v kombinaci s experimentálními výsledky. Nejprve jsou diskutovány alloxazin, lumazin a jejich deriváty, souhrnně nazývané flaviny, které reprezentují molekulární materiály. Naproti tomu, struktury na bázi polythiofenu reprezentují polymerní materiály. V případě flavinů byla nejprve nalezena nejlepší možná korelace teoretických absorpčních spekter s experimentálními na základě výpočtů se třemi různými bázovými soustavami v kombinaci s funkcionálem B3LYP. Dobrá shoda byla nalezena pomocí metod B3LYP/6-31+G** a B3LYP/aug-cc-PVDZ, které dosáhly korelačních koeficientů 0.95 a 0.96. Naproti tomu soustava def2SVP dosáhla pouze 0.94. V tomto kontextu se tak metoda B3LYP/6-31+G** jeví jako nejefektivnější vzhledem k náročnosti na výpočetní kapacitu. Měřením absorpčních spekter vybraných flavinů ve směsi dimethylsulfoxidu (DMSO) a vody byla získána spektra jednotlivých izomerů – alloxazinové a isoalloxazinové formy. Reakce těchto molekul na změny koncentrace DMSO a vody bude předmětem dalšího studia. U polythiofenů byly studovány optické a elektrické vlastnosti na modelových oktamerech, zatímco geometrie a konformace adamantylovaných substitutentů byly z důvodu vysoké výpočetní náročnosti modelovány na trimerových molekulách. Bylo zjištěno, že thiofenový řetězec s postranními methyladamantylovými skupinami vykazuje vyšši rigiditu než řetězec substituovaný ethyladamantylem, což bylo později potvrzeno krystalografickou analýzou a skenováním povrchu pomocí mikroskopie atomárních sil. Byly nalezeny krystalické struktury s parametry srovnatelnými s poly(3-hexylthiofenem) (P3HT). Na základě tohoto výzkumu byly navržený nové páteřní řetězce pro možnou syntézu, jako hlavní doporučení se zde jeví snížení počtu substituentů, aby adamantylový postranní řetězec byl přítomen pouze na každém druhém či třetím thiofenu. Zde prezentované molekuly jsou zajímavými kandidáty pro využití v optoelektronice, a teoretické predikce dosahují dobrou shodu s experimentem, přestože jejich srovnání není vždy triviální, jako je tomu například u postranních řetězců polythiofenu.
|
|
|
Novel Devices and Materials for Bioelectronics
Ehlich, Jiří ; Achilleas Savva, Ph.D (referee) ; Cifra,, Michal (referee) ; Salyk, Ota (advisor)
Tato dizertace je syntézou hlavních projektů, kterým jsem se věnoval v průběhu mého doktorského studia. Projekty se rozvíjejí kolem širokého spektra témat, z toho důvodu byl zvolen široký a obecný název. Projekty popsané v této práci se zabývají vývojem elektronických zařízení s využitím v řadě bioelektronických aplikací. První část práce se věnuje vývoji, testování a aplikací platforem pro studium mikroorganismů schopných přímé výměny elektronů s elektronickými zařízeními. Druhá část práce se věnuje elektrické stimulaci kmenových buněk pro jejich řízenou diferenciaci. Dále se zabývá fundamentálním studiem potenciálně škodlivých faradaických reakcí, ke kterým dochází v průběhu stimulačních protokolů používaných v klinické praxi. Všechny popsané projekty sdílí společné teoretické a praktické základy vycházející z chemického inženýrství, elektrochemie a materiálových věd. Sjednocující faktor hrající zásadní roli a objevující se napříč všemi projekty je skupina reakcí souvisejících s redukcí kyslíku. Redukce kyslíku je nezbytná reakce odehrávající se v katodovém poločlánku zařízení pro stadium elektroaktivních mikroorganismů. Redukce kyslíku a následná produkce reaktivních forem kyslíku může mít diskutabilně větší vliv na diferenciaci kmenových buněk pomocí elektrické stimulace než samotná elektrická stimulace. V neposlední řadě reakce související s redukcí kyslíku byly hlavními reakcemi, které jsme pozorovali při aplikaci standardních stimulačních protokolů. Disertace prezentuje stručný teoretický úvod nezbytný pro pochopení prezentovaných projektů. Definuje cíle a prezentuje výsledky formou komentovaného seznamu vědeckých publikací. Rovněž nastiňuje budoucí směřování práce. Hlavní dosažené výsledky mohou být shrnuty následujícím způsobem: Prvním cílem bylo vyvinout platformu založenou na poli mikrobiálních palivových článků pro elektrochemickou charakterizaci elektroaktivních mikroorganismů. Po sérii testovacích prototypů byla vyvinuta platforma splňující všechny předem určené parametry. Platforma se osvědčila jako dostatečně přesná a spolehlivá pro zamýšlené biologické experimenty. Dalším cílem bylo vyrobit platformu pro řízenou diferenciaci kmenových buněk pomocí elektrické stimulace. Bohužel připravená platforma se ukázala jako nespolehlivá a nevhodná pro daný účel. To vedlo k neúspěšné snaze o diferenci kmenových buněk požadovaným směrem. Nakonec jsme se zabývali reakcemi souvisejícími s redukcí kyslíku na elektrodách připravených z nejčastěji používaných materiálů pro neurální stimulaci. Kyslík může být redukovaný na vodu a na peroxid vodíku v závislosti na katalytické aktivitě daného materiálu a charakteru stimulačního protokolu. Změřili jsme množství redukovaného kyslíku a produkovaného peroxidu v blízkosti stimulačních elektrod při aplikaci standardních stimulačních protokolů. Následně jsme porovnali katalytickou aktivitu všech materiálů vzhledem k množství redukovaného kyslíku a produkovaného peroxidu vodíku. Hlavním zjištěním bylo, že všechny elektrodové materiály a všechny testované stimulační protokoly vedou k redukci kyslíku, v některých případech až k lokální hypoxii a všechny materiály generují peroxid vodíku, některé až v řádech jednotek mM. Tyto zjištění považujeme za velmi významné, jelikož ovlivnění koncentrace kyslíku a generace peroxidu vodíku mohou mít výrazný vliv na tkáň v okolí elektrod.
|
guest ::
