|
|
Synthesis and Study of Nano-Structured Perovskites for Applications in Organic Electronics
Jančík Procházková, Anna ; Kuřitka, Ivo (referee) ; Částková, Klára (referee) ; Krajčovič, Jozef (advisor)
Nanočástice perovskitů halogenidů kovů vykazují unikátní vlastnosti, především výjimečně vysoké hodnoty kvantových výtěžků fluorescence, které předurčují tyto materiály pro aplikace v optoelektronických a fotonických zařízeních. Tato práce popisuje přípravu nanočástic perovskitů halogenidů kovů pomocí stabilizačních činidel inspirovaných přírodou. Stabilizační činidla zde slouží nejen ke stabilizaci, ale i k modifikaci povrchu nanočástic za účelem zvýšení funkčnosti výsledných nanostruktur. Úvod práce popisuje optimalizaci přípravy nanočástic precipitační technikou za použití stabilizačních činidel; jako stabilizační činidlo byl zvolen adamantan-1-amin spolu s hexanovou kyselinou. Bylo prokázáno, že klíčový vliv na optické vlastnosti výsledných koloidních roztoků má volba rozpouštědel a teploty při precipitaci. Mimo jiné byl zkoumán vliv koncentrace prekurzorů na výslednou morfologii a optické vlastnosti nanočástic a jejich koloidních roztoků. V neposlední řadě byly nanočástice stabilizovány adamantan-1-aminem spolu s různými karboxylovými kyselinami a byly studovány optické vlastnosti a koloidní stabilita výsledných koloidních roztoků. V dalším kroku byly nanočástice perovskitů stabilizovány pomocí proetogenních aminokyselin L-lysinu and L-argininu. Takto stabilizované nanočástice vykazovaly úzká emisní spektra ve viditelné oblasti a kvantové výtěžky fluorescence dosahující hodnot téměř 100 %. Stabilizace nanočástic prostřednictvím postranních skupin aminokyselin byla prokázána navázáním chránící terc-butoxykarbonylové skupiny na -amino skupinu. Nanočástice stabilizované modifikovaným lysinem v průběhu jejich přípravy vykazovaly závislost optických vlastností na přítomnosti vody. Předpokládá se, že molekuly vody jsou schopné kontrolovat růst krystalové mřížky po navázání na prekurzory perovskitů a ovlivňovat tak výslednou velikost nanočástic, což vede k projevení kvantových jevů. Spojení nanočástic perovskitů s peptidy představuje nový typ materiálů kombinujících výjimečné optické vlastnosti se samoorganizačními a senzorickými vlastnostmi. Tento koncept byl představen přípravou nanočástic perovskitů stabilizovaných cyklo(RGDFK) pentapeptidem. Vzhledem k citlivosti peptidů na jejich byly nanočástice stabilizovány peptidovými nukleovými kyselinami, robustními analogy nukleových kyselin. Ke stabilizaci nanočástic byl připraven monomer a trimer peptidové nukleové kyseliny obsahující thymin jako dusíkatou bázi. Thymin byl na povrchu nanočástic dostupný k interakci s adeninem přes vodíkové můstky umožňující přenos náboje. Kombinace peptidových nukleových kyselin a perovskitů s unikátními optickými vlastnostmi otevírá aplikační možnosti zejména v oblasti optických senzorů.
|
|
|
Dynamic light scattering in the world of biomolecules
Križanová, Katarína ; Hofbauerová, Kateřina (advisor) ; Bednárová, Lucie (referee)
Title: Dynamic light scattering in the world of biomolecules Author: Katarína Križanová Department: Institute of Physics of Charles University Supervisor: RNDr. Kateřina Hofbauerová, Ph.D., Institute of Physics of Charles University Abstract: Dynamic light scattering (DLS) represents a non-destructive method which can determine the hydrodynamic radius of particles in a sample by laser scattering. Consequently, their real sizes can be calculated or, in the case of proteins, molecular masses can be estimated. DLS is nowadays widely used for the study of biomolecules and their reactions, as is documented in the thesis in a brief review. Our experimental work was focused on the measurement of proteins by DLS - lysozyme was used as a model protein. The laboratory protocol for sample preparation and DLS measurement was successfully optimized. In the framework of methodology optimization, the ability of correct detection of small particles was tested using sucrose. We came to the lowest limit of particle dimensions measurable by DLS using sucrose. We were able to observe the linear dependence of the measured hydrodynamic radius on sucrose concentration in the solution and we were also able to determine the hydrodynamic radius of sucrose correctly, in agreement with literature. We practically demonstrated the...
|
|
|
SERS spectroscopy of model biomolecules for SERS biosensing
Šubr, Martin ; Procházka, Marek (advisor) ; Michl, Martin (referee)
Title: SERS spectroscopy of model biomolecules for SERS biosensing Author: Martin Šubr Department: Institute of Physics of Charles University Supervisor: doc. RNDr. Marek Procházka, Dr., Institute of Physics of Charles University Abstract: The main requirement for surface enhanced Raman scattering (SERS)-based biomolecular sensing is high sensitivity and spectral reproducibility. For this purpose, ordered silver and gold nanostructures fabricated by magnetron sputtering and lithography methods at cooperating institutes were tested in this work. Reproducible SERS spectra of employed model biomolecules (amino acids, lysozyme and albumin) were obtained on ordered silver surfaces at concentrations 10-4 M - 10-6 M and as low as ≈ 10-7 M in the case of porphyrins. SERS spectra of certain biomolecules were also compared to spectra measured on silver colloid. The limit of detection provided by hydroxylamine-reduced silver colloid, using KCl as an aggregating agent, is substantially lower (on the order of 10-8 M for cysteine), but with lower spectral reproducibility. The main drawback of SERS spectra measured on silver surfaces was the occurrence of spurious bands resulting from the preparation procedure. In the case of sputter-deposited silver surfaces, it was found that keeping the substrates several hours in...
|
|
|
Optical responses of biomolecules on regular metal plasmonic nanostructures
Šubr, Martin ; Procházka, Marek (advisor) ; Michl, Martin (referee) ; Valenta, Jan (referee)
Title: Optical Responses of Biomolecules on Regular Metal Plasmonic Nanostructures Author: Martin Šubr Department: Institute of Physics of Charles University Supervisor of the doctoral thesis: prof. RNDr. Marek Procházka, Dr., Institute of Physics of Charles University Abstract: Adsorption of molecules on metal plasmonic nanostructures leads to significant enhancement of many optical processes, such as Raman scattering (surface-enhanced Raman scattering - SERS) or fluorescence (surface-enhanced fluorescence - SEF). Two groups of substrates were tested within this thesis: (i) Silver nanorods prepared by oblique angle vapor deposition, and (ii) silver and gold nanoislands growing on magnetron-sputtered polytetrafluoroethylene film. Step-by- step optimization process was performed on the nanoislands in order to obtain optimum SERS sensitivity and reproducibility. Detailed SERS intensity profiles were obtained using gradient nanostructures with the localized surface plasmon resonance (LSPR) condition varying across the sample and three different excitation wavelengths. It was also found that spectral position and height of the LSPR band can be controlled simultaneously using mixed gold/silver nanoislands. Detailed investigation of polarization- and angular- dependences of anisotropic silver nanorods was...
|
|
|
The Study of Transient Species and Precursors of Biomolecules using Spectroscopic Techniques
Ferus, Martin ; Civiš, Svatopluk (advisor) ; Šponerová, Judit E. (referee) ; Wild, Jan (referee)
The presented thesis is focused on a spectroscopic study of unstable radicals, ions and molecules in a positive column glow discharge and laser plasma. The research of these fragments is supplemented by a study of biomolecules formation from these species and influence of catalysts. Molecular dynamics of radicals, ions and unstable molecules has been studied using a time resolved Fourier transform infrared spectroscopy. Time resolved spectra of CH4, HCONH2, BrCN, CH3CN, CF3Br, (CF3)2CHBr positive column glow discharges have been measured and simulated using a kinetic model including molecular dynamics, collisions and chemical and radiation transfer processes. The model has been compared with our experimental results and time resolved spectra were described in details. Fit to a complex reaction mechanism has been used to estimate a rate constant of a HCN conversion to HNC by a collision with H radical. The study of precursors of biomolecules was focused on chemical consequences of a laser induced dielectric breakdown in formamide vapor and gaseous carbon monooxide with 18 O labeled water. Dissociation products have been detected using the Fourier transform absorption spectroscopy. The experimental results have been explained by a help of a chemical laser spark dynamics model. Additionally, our the...
|
|
|
Optimization of Semiempirical Quantum Mechanical Methods for in Silico Drug Design
Kříž, Kristian ; Řezáč, Jan (advisor) ; Klimeš, Jiří (referee) ; Kolář, Michal (referee)
Optimization of Semiempirical Quantum Mechanical Methods for in Silico Drug Design Doctoral thesis Kristian Kříž The subject of this thesis is the optimization of semiempirical quantum mechanical methods (SQM) for their use in in silico drug design. The thesis covers two topics - COSMO2 solvation model optimization part and PLF547, PLA15 dataset development part. The first part is devoted to the optimization of COSMO solvation model by addition of a nonpolar term and reparametrization of the model for SQM methods PM6 and PM7. We have shown that the accuracy of the resulting "COSMO2" optimized model improved on all the tested datasets and we have compared it to other selected SQM solvation models. The method has also been tested on the protein ligand complexes as a part of a scoring function, where it provides better preditction of binding affinity of drug candidates for their target protein. The second part of the thesis describes the construction of datasets for noncovalent interactions aimed speicificly to represent an environment of an enyzme active site complexed with a ligand with reliable benchmark values of interaction energies in vacuum and solvent (water). The developed PLF547 and PLA15 datasets are suitable for testing and development of methods for the use in drug design. We have...
|
|
|
Optical responses of biomolecules on regular metal plasmonic nanostructures
Šubr, Martin ; Procházka, Marek (advisor)
Title: Optical Responses of Biomolecules on Regular Metal Plasmonic Nanostructures Author: Martin Šubr Department: Institute of Physics of Charles University Supervisor of the doctoral thesis: prof. RNDr. Marek Procházka, Dr., Institute of Physics of Charles University Abstract: Adsorption of molecules on metal plasmonic nanostructures leads to significant enhancement of many optical processes, such as Raman scattering (surface-enhanced Raman scattering - SERS) or fluorescence (surface-enhanced fluorescence - SEF). Two groups of substrates were tested within this thesis: (i) Silver nanorods prepared by oblique angle vapor deposition, and (ii) silver and gold nanoislands growing on magnetron-sputtered polytetrafluoroethylene film. Step-by- step optimization process was performed on the nanoislands in order to obtain optimum SERS sensitivity and reproducibility. Detailed SERS intensity profiles were obtained using gradient nanostructures with the localized surface plasmon resonance (LSPR) condition varying across the sample and three different excitation wavelengths. It was also found that spectral position and height of the LSPR band can be controlled simultaneously using mixed gold/silver nanoislands. Detailed investigation of polarization- and angular- dependences of anisotropic silver nanorods was...
|
|
|
Optical responses of biomolecules on regular metal plasmonic nanostructures
Šubr, Martin ; Procházka, Marek (advisor)
Title: Optical Responses of Biomolecules on Regular Metal Plasmonic Nanostructures Author: Martin Šubr Department: Institute of Physics of Charles University Supervisor of the doctoral thesis: prof. RNDr. Marek Procházka, Dr., Institute of Physics of Charles University Abstract: Adsorption of molecules on metal plasmonic nanostructures leads to significant enhancement of many optical processes, such as Raman scattering (surface-enhanced Raman scattering - SERS) or fluorescence (surface-enhanced fluorescence - SEF). Two groups of substrates were tested within this thesis: (i) Silver nanorods prepared by oblique angle vapor deposition, and (ii) silver and gold nanoislands growing on magnetron-sputtered polytetrafluoroethylene film. Step-by- step optimization process was performed on the nanoislands in order to obtain optimum SERS sensitivity and reproducibility. Detailed SERS intensity profiles were obtained using gradient nanostructures with the localized surface plasmon resonance (LSPR) condition varying across the sample and three different excitation wavelengths. It was also found that spectral position and height of the LSPR band can be controlled simultaneously using mixed gold/silver nanoislands. Detailed investigation of polarization- and angular- dependences of anisotropic silver nanorods was...
|
|
|
Synthesis and Study of Nano-Structured Perovskites for Applications in Organic Electronics
Jančík Procházková, Anna ; Kuřitka, Ivo (referee) ; Částková, Klára (referee) ; Krajčovič, Jozef (advisor)
Nanočástice perovskitů halogenidů kovů vykazují unikátní vlastnosti, především výjimečně vysoké hodnoty kvantových výtěžků fluorescence, které předurčují tyto materiály pro aplikace v optoelektronických a fotonických zařízeních. Tato práce popisuje přípravu nanočástic perovskitů halogenidů kovů pomocí stabilizačních činidel inspirovaných přírodou. Stabilizační činidla zde slouží nejen ke stabilizaci, ale i k modifikaci povrchu nanočástic za účelem zvýšení funkčnosti výsledných nanostruktur. Úvod práce popisuje optimalizaci přípravy nanočástic precipitační technikou za použití stabilizačních činidel; jako stabilizační činidlo byl zvolen adamantan-1-amin spolu s hexanovou kyselinou. Bylo prokázáno, že klíčový vliv na optické vlastnosti výsledných koloidních roztoků má volba rozpouštědel a teploty při precipitaci. Mimo jiné byl zkoumán vliv koncentrace prekurzorů na výslednou morfologii a optické vlastnosti nanočástic a jejich koloidních roztoků. V neposlední řadě byly nanočástice stabilizovány adamantan-1-aminem spolu s různými karboxylovými kyselinami a byly studovány optické vlastnosti a koloidní stabilita výsledných koloidních roztoků. V dalším kroku byly nanočástice perovskitů stabilizovány pomocí proetogenních aminokyselin L-lysinu and L-argininu. Takto stabilizované nanočástice vykazovaly úzká emisní spektra ve viditelné oblasti a kvantové výtěžky fluorescence dosahující hodnot téměř 100 %. Stabilizace nanočástic prostřednictvím postranních skupin aminokyselin byla prokázána navázáním chránící terc-butoxykarbonylové skupiny na -amino skupinu. Nanočástice stabilizované modifikovaným lysinem v průběhu jejich přípravy vykazovaly závislost optických vlastností na přítomnosti vody. Předpokládá se, že molekuly vody jsou schopné kontrolovat růst krystalové mřížky po navázání na prekurzory perovskitů a ovlivňovat tak výslednou velikost nanočástic, což vede k projevení kvantových jevů. Spojení nanočástic perovskitů s peptidy představuje nový typ materiálů kombinujících výjimečné optické vlastnosti se samoorganizačními a senzorickými vlastnostmi. Tento koncept byl představen přípravou nanočástic perovskitů stabilizovaných cyklo(RGDFK) pentapeptidem. Vzhledem k citlivosti peptidů na jejich byly nanočástice stabilizovány peptidovými nukleovými kyselinami, robustními analogy nukleových kyselin. Ke stabilizaci nanočástic byl připraven monomer a trimer peptidové nukleové kyseliny obsahující thymin jako dusíkatou bázi. Thymin byl na povrchu nanočástic dostupný k interakci s adeninem přes vodíkové můstky umožňující přenos náboje. Kombinace peptidových nukleových kyselin a perovskitů s unikátními optickými vlastnostmi otevírá aplikační možnosti zejména v oblasti optických senzorů.
|
|
|
Multifunctional biomolecular assemblies for parallelized analysis of biomolecular interactions
Bocková, Markéta ; Homola, Jiří (advisor) ; Brynda, Eduard (referee) ; Procházka, Marek (referee)
Title: Multifunctional biomolecular assemblies for parallelized analysis of biomolecular interactions Author: Markéta Bocková Department / Institute: Institute of Physics, Charles University Supervisor of the doctoral thesis: Prof. Jiří Homola, Ph.D., DSc., Institute of Photonics and Electronics, The Czech Academy of Sciences Abstract: Surface plasmon resonance (SPR) biosensors represent the most advanced optical method for the direct, real-time monitoring of biomolecular interactions without the need for labelling. This doctoral thesis aims to advance the SPR biosensor method and to expand its utility in the investigation of biomolecular interactions. This encompasses activities on two major fronts of SPR biosensor research - immobilization methods and biosensing methodologies. Methods for the immobilization of biomolecules were researched with the aim of enabling the immobilization of a broad range of biomolecules on the SPR biosensor surface in a spatially controlled manner. The development of novel biosensing methodologies was pursued in order to address the current limitations of SPR biosensors associated with non-specific adsorption and limited analyte transport, and thus to improve the accuracy and robustness of SPR biosensor measurements. Finally, advances in the development of immobilization...
|
guest ::
