Studentská vědecká konference

Zlaté nanočástice jsou v posledních letech významné pro různá odvětví chemie. Kromě např. cíleného transportu léčiv jsou tradičně využívány i pro detekci výsledků imunochromatografických testovacích souprav. Cílem práce je připravit stabilní, modifikované nanočástice zlata pro následnou konjugaci s aminoderiváty steroidů cholesterolu a kortizolu [KZ1] [AJ2] tak, aby výsledný konjugát nanočástice-steroid bylo možné využít pro konstrukci imunochromatografické testovací soupravy pro detekci steroidů v klinickém vzorku. V tomto příspěvku je popsána úspěšná příprava nanočástic zlata ve vodě a v ethanolu a následné experimenty s jejich modifikací kyselinou 3-merkaptopropanovou a konjugací s benzylaminem. Benzylamin byl zvolen jako modelová látka pro ověření, zda konjugace bude proveditelná i pro zmiňované steroidy. Výsledky byly analyzovány pomocí UV/VIS spektrometrie a Ramanovy spektroskopie. Obtížná detekce výsledků reakcí pomocí Ramanovy spektroskopie u vzorků nanočástic v ethanolu, které byly pro konjugaci s benzylaminem převedeny do THF (použitá rozpouštědla poskytují velmi silné signály) vedla k závěru, že další vývoj této práce bude směřovat k využití nanočástic ve vodném prostředí a ke snaze o konjugaci se steroidy ve vhodně zvolených, s vodou mísitelných rozpouštědlech.

Důležitou roli v oblasti forenzní chemie hraje Ramanova spektroskopie, která dokáže spolehlivě analyzovat kriminalistické stopy. Jedná se zejména o biologické materiály, oděvní vlákna nebo návykové látky. Pro potřebu stanovení stopových množství je použití Ramanovy spektroskopie omezené, protože její limit detekce se pohybuje kolem koncentrace 10^-2 mol L^-1. Řešení nabízí metoda povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (zkr. SERS  – Surface Enhanced Raman Scattering), která snižuje limit detekce až do koncentrace 10^-9 mol L^–1. K zesílení signálu dochází na povrchu plasmonických nanočástic kovů, na nějž se adsorbují jednotlivé analyty. Cílem tohoto projektu je prozkoumat využití Ag hydrosolů při detekci kofeinu, který zde slouží jako zástupce stimulujících alkaloidů. Proměřením kofeinu deponovaném na Ag hydrosolech v rozsahu koncentrací od 10^-3 do 10^-9 mol L^-1 byla získána SERS spektra, ze kterých byl sestaven kalibrační model pomocí metody částečných nejmenších čtverců (zkr. PLS – partial least squares) a zhodnocena spolehlivost pomocí hodnoty indexu výkonnosti (performance index).

S neustále se zvyšující poptávkou po léčivých přípravcích roste rok od roku i počet jejich padělků, což má za následek negativní dopad na světovou ekonomiku a veřejné zdraví. Novou hrozbu pro vyspělé země představují nelegální internetové lékárny nabízející širokou škálu léčivých přípravků neznámého původu. Populární skupinou takto prodávaných léčiv jsou tzv. „lifestyle drugs“ (léky zlepšující kvalitu života). K těm se řadí i na lékařský předpis vázané inhibitory fosfodiesterázy pátého typu (PDE-5) pro léčbu erektilní dysfunkce. V této práci byly nejprve analyzovány základní fyzikální vlastnosti (vzhled, hmotnost a rozměry) tablet odvozených od originálních přípravků Viagra^® a Cialis^®. K identifikaci jejich padělků byla použita také Ramanova spektroskopie, jakožto rychlá a nedestruktivní analytická metoda. Na základě porovnání Ramanových spekter podezřelých tablet se spektry originálních přípravků bylo možné jednoznačně identifikovat padělky. Za účelem spolehlivé identifikace charakteristických spektrálních pásů byla rovněž provedena interpretace Ramanových spekter standardů léčivých látek obou přípravků.

Oligomerní peptidické řetězce jsou nezbytné látky pro živý organismus, ve kterém mají široké uplatnění. Účinným nástrojem pro jejich studium je metoda povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (SERS – Surface Enhanced Raman Scattering). Je to rychlá a nedestruktivní metoda. Hlavní výhoda této metody spočívá v její citlivosti, kdy dokáže detegovat analyt v řádově nižších koncentracích než běžné metody vibrační spektroskopie, mnohdy i pod jejich detekčním limitem. Citlivost je způsobena zesílením signálu analytu deponovaného na SERS aktivní substrát.  Cílem této práce je vývoj metodiky a studium vybraných oligopeptidů deponovaných na SERS aktivní substrát. Příprava a měření bylo provedeno s dipeptidem glycyl-tryptofan a tripeptidem arginin-glycyl-asparagin. Pro zesílení byl použit zlatý a stříbrný povrch. Naměřená spektra byla vyhodnocena metodou analýzy hlavních komponent.

Nové syntetické drogy jsou v současné době oblíbenou alternativou k nelegálním omamným a psychotropním látkám, jejichž strukturu a účinky napodobují. Jejich dostupnost se stále zvyšuje, každoročně přibývá i celkový počet zjištěných drog. Proto je vyžadována rychlá a spolehlivá analýza, stejně jako vývoj metod pro detailní studium struktury těchto látek. Metody molekulové spektroskopie představují jeden z efektivních nástrojů pro identifikaci a analýzu nových syntetických drog, přičemž chiroptické metody mohou poskytnout detailnější informace o jejich 3D struktuře, což je klíčové pro studium biologické aktivity v organismu. Tato systematická strukturní studie jedné z nových syntetických drog butylonu v roztoku využívá konvenční metody infračervené a Ramanovy spektroskopie a navíc, jelikož je látka opticky aktivní, i metody vibračního a elektronového cirkulárního dichroismu v kombinaci s ab initio výpočty. Pomocí kvantově chemických simulací se zahrnutím vlivu rozpouštědla bylo nalezeno 6 stabilních konformerů butylonu, pro něž byla popsána molekulární struktura na atomární úrovni a na základě Boltzmannova rozdělení odhadnuto jejich relativní rovnovážné zastoupení. Velmi dobrá shoda simulovaných a experimentálních spekter také umožnila určení absolutní konfigurace enantiomerů.

Metody povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS), umožňují výrazné zesílení spektrální odezvy analytů deponovaných na kovové plasmonické substráty (typicky až 10⁶, nejběžněji se používají Au, Ag, Cu) a díky tomu lze detegovat látky i ve velmi nízkých koncentracích. Látky s relativně vysokou afinitou ke kovovému povrchu (lze je snadno adsorbovat) ve své struktuře často obsahují heteroatomy. Těmito látkami jsou např. sekundární metabolity rostlin, kam patří zejména alkaloidy, protože obsahují heterocyklicky vázaný dusík. Obecně mezi alkaloidy patří látky nejrůznější povahy, pro člověka jsou však významné především ty s lékařským využitím. Dlouhodobě známým alkaloidem s lékařským potenciálem je atropin, jenž má využití např. v očním lékařství, uvolnění křečí hladkého svalstva, Parkinsonovy choroby, protijed při otravách insekticidy. Další významnou látkou tohoto typu je pergolid, jenž působí jako agonista na dopaminových a serotoninových receptorech (léčivo Parkinsonovy choroby). Cílem této práce je studium využití SERS spektroskopie s různými excitačními vlnovými délkami (785 a 1064 nm) pro detekci a identifikaci atropinu a pergolidu na základě přirazení zesílených charakteristických pásů konkrétním vibracím funkčních skupin.