|
|
Novel organic materials for bioelectronic applications
Tumová, Šárka ; Vojtová, Lucy (referee) ; Humpolíček,, Petr (referee) ; Weiter, Martin (advisor)
Tato práce je zaměřena na materiálový výzkum v oblasti organické bioelektroniky. Jejím cílem je charakterizovat a optimalizovat nové materiály pro budoucí generaci bioelektronických tranzistorových zařízení. Tato zařízení jsou v práci nejdříve představena. Následně jsou uvedeny nejvyužívanější materiály používané jako jejich aktivní vrstva a výzvy, které s sebou přinášejí a které tato práce řeší. Pozornost je věnována zejména polymeru PEDOT:PSS, který patří mezi nejstudovanější a nejpoužívanější materiály pro bioelektroniku. Přes všechny výhodné vlastnosti ale tento materiál vykazuje nedostatečnou slučitelnost s živým organismem. Tato práce diskutuje možnosti, jak tento problém překonat a shrnuje přístupy, které již byly k tomuto účelu využity. V experimentální části jsou pak navrženy a realizovány konkrétní úpravy materiálu PEDOT:PSS, jejichž cílem je poskytnout nový materiál vhodný pro využití v bioelektronice, představující zdokonalenou náhradu polymeru PEDOT:PSS, zejména s ohledem na slučitelnost s živým organismem. Nejdříve je ukázána úprava povrchu materiálu PEDOT:PSS peptidem RGD s cílem optimalizovat interakce materiálu s buňkami. Peptid je na povrch polymeru vázán za využití fotochemického přístupu pomocí molekuly sulfo-SANPAH. Úspěšnost této povrchové úpravy byla studována několika metodami a její vliv na slučitelnost materiálu s živými organismy byl zjišťován MTT testem. Dále se experimentální část zabývá charakterizací a optimalizací vlastností materiálu PEDOT:DBSA. Pro zvýšení dlouhodobé stability tohoto materiálu bylo studováno jeho síťování za využití síťovadel GOPS a DVS. Proces zahrnující molekulu GOPS byl následně detailněji studován, bylo zjišťováno optimální množství tohoto dopantu pro získání stabilní tenké vrstvy, jeho dopad na elektrické vlastnosti polymeru PEDOT:DBSA, vliv teploty na aktivitu dopantu a mechanismus síťování. Elektrické vlastnosti tenkých vrstev studovaných materiálů byly následně upraveny ošetřením kyselinou sírovou. Dlouhodobá stabilita takto připravených vrstev ve vodném prostředí byla zkoumána delaminančním testem, jejich slučitelnost s živým organismem MTT testem a elektrické vlastnosti čtyřbodovou sondou. Studované materiály byly následně aplikovány jako aktivní materiál modelových tranzistorů a jejich chování bylo pozorováno s cílem zjistit potenciál připravených PEDOT:DBSA vrstev pro bioelektroniku. Poslední kapitola experimentální práce je věnována přípravě vodivého PEDOT:PSS hydrogelu za využití molekuly DBSA. Cílem této studie bylo připravit stabilní hydrogelové struktury umožňující snadnou manipulaci, a navrhnout platformu pro jejich spolehlivou elektrickou charakterizaci. Za využití reologických měření byla zjišťována optimální koncentrace DBSA dopantu vedoucí k požadované struktuře a závislost mechanických vlastností hydrogelu na jeho složení. Poté probíhala optimalizace platformy pro elektrická měření. Byla studována vhodnost interdigitovaného elektrodového systému a optimální materiál elektrod. Platforma byla upravena tak, aby se zamezilo vysychání hydrogelu v průběhu jeho charakterizace a bylo dosaženo rovnováhy systému. Vhodnost navržené platformy byla testována dlouhodobým měřením volt-ampérových charakteristik studovaného hydrogelu.
|
|
|
Study of effect of side chains of organic semiconductors for bioelectronic applications
Ivanová, Lucia ; Cigánek, Martin (referee) ; Krajčovič, Jozef (advisor)
Organic bioelectronics is a relatively young but perspective science discipline that introduces the applicability of organic electronic materials in bioelectronic devices. The promising outlook for using these applications ranges from improving the quality of the disabled people's life to the development of artificial intelligence. The theoretical part describes the essential properties of semiconducting polymers for the utilization in bioelectronics and, moreover, it presents a way of improving these properties by the proper implementation of the side chains. It deals with the possibility of optimizing the biomimetic properties of conjugated polymers by using bio-inspired molecules as peripheral chains, specifically nucleic bases. The nucleobase groups introduced onto the polymer chain thus provide the synthetic molecules with the ability of self-assembly and recognition of each other. The second part of the thesis focuses on the modification of the adenine molecule, with the preparation of the key intermediate for Stille coupling. Subsequent cross-coupling reaction results in the extension of the adenine’s -conjugated system with the thiophene molecule.
|
|
|
Novel organic semiconductors for bioelectronic applications
Veselý, Dominik ; Richtár, Jan (referee) ; Krajčovič, Jozef (advisor)
This bachelor’s thesis deals with a highly perspective field of bioorganic electronics. It is divided into a theoretical and an experimental part. In the theoretical part of the thesis basic device functioning principles in conjunction with living organisms and production of such devices together with their practical application are elaborated on. In the next part of the thesis conductive polymers as advanced materials for organic electronics, their synthesis, chemical modification and functionalisation, but also their use for functional electronic devices are analysed. A synthetic route for preparation of new functional organic materials by the means of modification of a basic monomer on a molecular level is proposed in the final chapter. This chapter is connected with an experimental part where a basic monomer of the most important conductive polymer for bioelectronic applications is prepared.
|
|
|
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.
|
|
|
Novel organic materials for bioelectronic applications
Tumová, Šárka ; Vojtová, Lucy (referee) ; Humpolíček,, Petr (referee) ; Weiter, Martin (advisor)
Tato práce je zaměřena na materiálový výzkum v oblasti organické bioelektroniky. Jejím cílem je charakterizovat a optimalizovat nové materiály pro budoucí generaci bioelektronických tranzistorových zařízení. Tato zařízení jsou v práci nejdříve představena. Následně jsou uvedeny nejvyužívanější materiály používané jako jejich aktivní vrstva a výzvy, které s sebou přinášejí a které tato práce řeší. Pozornost je věnována zejména polymeru PEDOT:PSS, který patří mezi nejstudovanější a nejpoužívanější materiály pro bioelektroniku. Přes všechny výhodné vlastnosti ale tento materiál vykazuje nedostatečnou slučitelnost s živým organismem. Tato práce diskutuje možnosti, jak tento problém překonat a shrnuje přístupy, které již byly k tomuto účelu využity. V experimentální části jsou pak navrženy a realizovány konkrétní úpravy materiálu PEDOT:PSS, jejichž cílem je poskytnout nový materiál vhodný pro využití v bioelektronice, představující zdokonalenou náhradu polymeru PEDOT:PSS, zejména s ohledem na slučitelnost s živým organismem. Nejdříve je ukázána úprava povrchu materiálu PEDOT:PSS peptidem RGD s cílem optimalizovat interakce materiálu s buňkami. Peptid je na povrch polymeru vázán za využití fotochemického přístupu pomocí molekuly sulfo-SANPAH. Úspěšnost této povrchové úpravy byla studována několika metodami a její vliv na slučitelnost materiálu s živými organismy byl zjišťován MTT testem. Dále se experimentální část zabývá charakterizací a optimalizací vlastností materiálu PEDOT:DBSA. Pro zvýšení dlouhodobé stability tohoto materiálu bylo studováno jeho síťování za využití síťovadel GOPS a DVS. Proces zahrnující molekulu GOPS byl následně detailněji studován, bylo zjišťováno optimální množství tohoto dopantu pro získání stabilní tenké vrstvy, jeho dopad na elektrické vlastnosti polymeru PEDOT:DBSA, vliv teploty na aktivitu dopantu a mechanismus síťování. Elektrické vlastnosti tenkých vrstev studovaných materiálů byly následně upraveny ošetřením kyselinou sírovou. Dlouhodobá stabilita takto připravených vrstev ve vodném prostředí byla zkoumána delaminančním testem, jejich slučitelnost s živým organismem MTT testem a elektrické vlastnosti čtyřbodovou sondou. Studované materiály byly následně aplikovány jako aktivní materiál modelových tranzistorů a jejich chování bylo pozorováno s cílem zjistit potenciál připravených PEDOT:DBSA vrstev pro bioelektroniku. Poslední kapitola experimentální práce je věnována přípravě vodivého PEDOT:PSS hydrogelu za využití molekuly DBSA. Cílem této studie bylo připravit stabilní hydrogelové struktury umožňující snadnou manipulaci, a navrhnout platformu pro jejich spolehlivou elektrickou charakterizaci. Za využití reologických měření byla zjišťována optimální koncentrace DBSA dopantu vedoucí k požadované struktuře a závislost mechanických vlastností hydrogelu na jeho složení. Poté probíhala optimalizace platformy pro elektrická měření. Byla studována vhodnost interdigitovaného elektrodového systému a optimální materiál elektrod. Platforma byla upravena tak, aby se zamezilo vysychání hydrogelu v průběhu jeho charakterizace a bylo dosaženo rovnováhy systému. Vhodnost navržené platformy byla testována dlouhodobým měřením volt-ampérových charakteristik studovaného hydrogelu.
|
|
|
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 effect of side chains of organic semiconductors for bioelectronic applications
Ivanová, Lucia ; Cigánek, Martin (referee) ; Krajčovič, Jozef (advisor)
Organic bioelectronics is a relatively young but perspective science discipline that introduces the applicability of organic electronic materials in bioelectronic devices. The promising outlook for using these applications ranges from improving the quality of the disabled people's life to the development of artificial intelligence. The theoretical part describes the essential properties of semiconducting polymers for the utilization in bioelectronics and, moreover, it presents a way of improving these properties by the proper implementation of the side chains. It deals with the possibility of optimizing the biomimetic properties of conjugated polymers by using bio-inspired molecules as peripheral chains, specifically nucleic bases. The nucleobase groups introduced onto the polymer chain thus provide the synthetic molecules with the ability of self-assembly and recognition of each other. The second part of the thesis focuses on the modification of the adenine molecule, with the preparation of the key intermediate for Stille coupling. Subsequent cross-coupling reaction results in the extension of the adenine’s -conjugated system with the thiophene molecule.
|
|
|
Novel organic semiconductors for bioelectronic applications
Veselý, Dominik ; Richtár, Jan (referee) ; Krajčovič, Jozef (advisor)
This bachelor’s thesis deals with a highly perspective field of bioorganic electronics. It is divided into a theoretical and an experimental part. In the theoretical part of the thesis basic device functioning principles in conjunction with living organisms and production of such devices together with their practical application are elaborated on. In the next part of the thesis conductive polymers as advanced materials for organic electronics, their synthesis, chemical modification and functionalisation, but also their use for functional electronic devices are analysed. A synthetic route for preparation of new functional organic materials by the means of modification of a basic monomer on a molecular level is proposed in the final chapter. This chapter is connected with an experimental part where a basic monomer of the most important conductive polymer for bioelectronic applications is prepared.
|
guest ::
