Studentská vědecká konference

Plazmová katalýza vyvolala obrovský zájem v oblasti moderní chemie. Pomocí injekce horkých elektronů lze významně podpořit řadu chemických transformací a snížit jejich aktivační bariery až na nulovou úroveň. Tento jev závisí na energetické poloze molekulárních orbitalů a distribuci energie horkých elektronů, době relaxace horkých elektronů nebo dokonce na časové shodě živostnosti injektovaného horkého elektronu a době relaxace jader ve struktuře vzniklého iontu. Vzhledem k tomu, že proces plazmonové katalýzy zahrnuje několik nezávislých jevů, vliv teploty může významně ovlivnit průběh reakce pozitivním nebo naopak negativním způsobem. Každopádně lze předpokládat výraznou odchylku od běžných teplotních závislostí v plazmonem-spouštěné reakční kinetice. Van't Hoffovo pravidlo říká, že s růstem teploty se zvyšuje počet molekul, jejichž energie dosahuje E_A, čímž se urychlí průběh reakce, platí tedy, že zvýšená teplota může podpořit překonání zbytkové energetické bariéry po excitaci plazmonů. Současně ale může docházet ke zkrácení životnosti horkých elektronů (v kovových nanostrukturách nebo na obsazeném molekulárním orbitalu), čímž může dojít ke snížení rychlosti reakce. Z toho vyvozujeme, že naopak snížení teploty může přispět k rychlosti reakce, což bylo prokázáno v této práci.  

Vzdálená detekce vodíku bez využití elektronických součástí nebo zvýšené teploty je jednou z aktuálních témat vodíkové technologie a bezpečnosti. V této práci je navržena realizace vodíkového senzoru na bázi optického vlákna s jedinečnými vlastnostmi. Navržený senzor je multimodové vlákno potažené zlatem, které poskytuje vlastnosti plazmonu, a následně modifikované vrstvou IRMOF-20, který má vysokou selektivitu a afinitu k vodíku. Vrstva IRMOF-20 byla naroubovaná povrchovou metodou a její tvorba a vlastnosti byly studovány pomocí XPS, Raman, XRD a BET. Výsledky elipsometrie ukázaly zjevné změny indexu lomu vrstvy IRMOF-20 v důsledku sorpce vodíku. Ve výsledku přítomnost vodíku docházelo k výrazné změně polohy piku plazmonového pásma a ke zvýšení jeho intenzity. Navržené vodíkové senzory vykázaly vysokou rychlost odezvy, vynikající selektivitu vůči vodíku, velmi nízkou teplotní závislost, funkčnost při pokojové nebo nižší teplotě, necitlivost vůči vlhkosti a přítomností CO₂, CO nebo NO₂. Navržený vodíkový senzor navíc vykazoval dobrou reverzibilitu, dlouhodobou stabilitu a reprodukovatelnost výsledků.  

Polytetrafluoroehtylen (PTFE) a perfluoroalkoxy alkany (PFA) patří ke třídě plastů známých jako fluorované polymery. Tyto látky vykazují velmi zajímavé vlastnosti s ohledem na jejích chemickou a tepelnou stabilitu, jsou odolné vůči stárnutí a oxidaci a mají nízké povrchové napětí. Proto jsou široce používané v řádě průmyslových odvětví, kde dochází k nepříznivým podmínkám. PFA byl vyvinut po objevu PTFE a má velmi podobné vlastnosti. Tato práce je zaměřena na studium základních vlastností polymeru PFA a jejich porovnání s vlastnostmi polymeru PTFE. Konečným cílem je ověření antimikrobiální aktivity povrchově upravených polymerů. Vzorky fluoropolymerů byly podrobeny plazmatické modifikaci za různých výkonů a expozičních časů. Sledoval se vliv plazmatické modifikace na povrchové vlastnosti polymerů, jejich odolnost vůči rozpouštědlům, povrchová energie a drsnost. Byla také sledována povrchová morfologie a povrchová chemie pomocí metod AFM, SEM a XPS.

Plasmonová katalýza organických sloučenin představuje unikátní možnost převedení energie světla na energii pro provedení chemické reakce. Dříve námi bylo prokázáno, že plasmon je schopen rozštěpit C-I vazbu ve struktuře symetrické iodoniové soli za vzniku radikálů, které se následně roubovaly na povrch zlata. V této práci bylo studováno plasmonem řízené štěpení C-I vazby ve struktuře nesymetrických iodoniových solí. Experimentální údaje posloužily jako podklad pro vývoj teoretického modelu chování molekul iodoniové soli při působení plasmonu. Na základě modelu bylo možné vyřešit jednu z klíčových otázek v oblastí plasmonové katalýzy – spouštění reakce vlivem injekce vnějšího elektronu nebo excitace vnitřního elektronu. Vyvinutý model perfektně vysvětluje změřené závislostí po kvantitativní a kvalitativní stránce. Lze předpokládat že podrobné studium tohoto procesu dovolí vysvětlit mechanismy plasmonové katalýzy i u dalších organických reakcí.

Polytetrafluorethylen (PTFE) se hojně využívá v tkáňovém inženýrství ve formě cévních protéz, katetrů anebo náhrad poškozených srdečních chlopní. Cílem této práce bylo studium povrchových vlastností PTFE v závislosti na době a teplotě modifikace v Ar plazmatu. Na všech těchto vzorcích byl stanoven hmotnostní úbytek a také byla sledována smáčivosti povrchu. V této práci jsou uvedeny změny povrchových vlastností PTFE pouze při teplotě 37 °C (teplota lidského těla) a 121 °C (teplota sterilizace). Na takto modifikovaných vzorcích byla sledována změna povrchové morfologie za pomoci AFM a změna chemického složení pomoci XPS. U gravimetrického stanovení změny tloušťky se s rostoucí dobou modifikace zvyšuje úbytek tloušťky polymeru. Největší ubytek byl dosažen při modifikaci při 37 °C. Z goniometrie je patrné, že s rostoucí dobou stárnutí klesá smáčivost, přičemž nejlepších hodnot smáčivosti bylo dosaženo u stárnutí do 3 hodin po modifikaci. Separací uhlíkového bylo zjištěno, že plazmatickou modifikací se na povrchu PTFE vytvářejí -C-F, -C-C-, -O-C=O, -C-O-, -C=O skupiny. AFM bylo zjištěno, že během modifikace dochází ke změně drsnosti povrchu.  

Stříbrné nanočástice (AgNPs) se jeví jako slibná náhrada antibiotik nevyvolající rezistenci u bakteriálních kmenů. Omezujícím faktorem je však termodynamická nestabilita koloidních systémů. Jedním z možných řešení tohoto problému je použití vysokomolekulárních polymerních látek vytvařejících ochranný film na povrchu nanočástic. Pro svoji chemickou a metabolickou inertnost, rozpustnost ve vodě a vynikající schopnost udržovat tvar jsme jako ochranný polymerní materiál zvolili hypromelosu (HPMC). Cílem této práce bylo připravit stříbrné nanočástice redukcí AgNO₃ ve vodném prostředí a charakterizovat vliv přídavku HPMC na vlastnosti AgNPs. Stabilita roztoků byla sledována pomocí UV-Vis spektroskopie. S použitím transmisní elektronové mikroskopie (TEM) byla zjištěna morfologie a distribuce velikosti částic. Testy antibakteriálních vlastností byly provedeny in vitro na bakteriálních kmenech E. coli a S. epidermidis. Dále byly otestovány různé způsoby přípravy suchých matric jako nosičů AgNPs a sledováno jejich uvolňování.  

V současnosti enantioselektivní chemické a biochemické analýzy jsou velmi pracné, časově náročné, vyžadují nákladné přístrojové vybavení a centralizované laboratorní podmínky. Proto velká vědecká pozornost je věnována výzkumu a vývoji nových bio-analytických nástrojů pro nenáročnou a express detekci chirálních analytů.  Hlavním cílem této práce bylo vytvoření vysoce citlivého optického senzoru založeného na principu SPR s vrstvy organokovových struktur (MOF-6) jako ligandů pro detekci chirálních látek. Pro dosažení citlivosti vůči dvěma různým látkám bylo použito zlato a stříbro, které vykazují pazmonovou resonanci a související absorbanci na různých vlnových délkách. Pro stereo-selektivní zachycení analytu byly roubovány organické struktury porézních sloučenin: L-MOF-6 a D-MOF-6. Výhodou MOF oproti jiným porézním materiálům (například aktivnímu uhlí a oxidu křemičitému) jsou nastavitelnost velikostí pórů a jejich funkcionality. Jako cílové analyty se testovaly chirální aminy cysteinu a tyrosinu. V dalším kroku analýza se prováděla na skutečně-relevantních vzorcích, obsahujících omeprazol.  Navržený optický senzor se snadno vyrábí a umožňuje, pomocí jednoduchého technologického schématu, zjistit přítomnost a koncentraci enantiomerů ve velmi krátkém časovém období.

V dnešní době rezistence na antibiotika se jeví jako jeden z nejzávažnějších světových problémů. Proto možnost rychlé identifikace přítomnosti rezistence je obrovským zájmem současné medicíny. Klasický způsob pomocí kultivace a zjištění citlivosti selhává v případě urgentního stavu pacienta z důvodu časové prodlevy. Proto v této práci je navržena expresní metoda detekce genu kódujícího New Delhi metalo-beta-laktamázu - enzym zodpovědný za vznik rezistenci vůči beta-laktamovým antibiotikům, a to použitím přenosného SERS a následnou analýzou pokročilými matematickými algoritmy, což spolu dává vynikající výsledky z hlediska rychlosti a přesnosti v porovnání s mikrobiologickími metodami.  

Cieľom tejto práce bolo vytvoriť mikroštruktúry podobné včelím plastom na povrchu polyméru z acetát celulózy. Tieto štruktúry sa využívajú v tkanivovom inžinierstve ako skelety na podporu adhézie a proliferácie buniek. Tvorba sa získala prostredníctvom jednoduchej a rýchlej metódy separácie fáz ponorením polyméru do roztoku, pri normálnom vzduchu bez potreby ďalšej vlhkosti alebo povrchovo aktívnych látok. Metanol použitý pri tvorbe roztoku polymér-rozpúšťadlo-nerozpúšťadlo indikuje separáciu fáz a zaručuje vysoko usporiadané štruktúry. Ako substrát bol použitý plazmaticky modifikovaný fluórovaný polymér, na ktorý bol nanesený film z acetát celulózy a následne bol buď pokovovaný a zahriatý alebo bol kov pridaný priamo do roztoku celulózy. Na analýzu vytvorenej polymérnej vrstvy boli použité metódy ako goniometria, gravimetria, mikroskopia atomárnych síl (AFM) a skenovacieho elektrónového mikroskopu (SEM).  

Chirální detekce organických sloučenin má zásadní význam v oblastech farmakologie a medicíny. Běžné analytické metody, používané v této oblasti jsou výrazně omezeny časem a požadavky na vybavení. V této práci navrhujeme bezprecedentní alternativu, zaměřenou na diskriminaci enantiomerů a zjištění jejich koncentrací nekomplikovaným a expresním způsobem. Navrhovaný přístup je založen na vytvoření sondy s optickými vlákny se dvěma výraznými plazmonovými pásy zlata a stříbra. Jako modelovou sloučeninu chirální látky byla vybrána DOPA, s ohledem na její vysokou medicinskou relevanci. Povrch zlata byl roubován D-TA molekulami, schopnými ukotvit molekuly D-DOPA z okolního roztoku. Stříbrný povrch byl roubován molekuly L-TA, schopnými zachytit L-DOPA. Přítomnost DOPA L- nebo D- enantiomerů vedla, v závislosti na jejich chiralitě, k posunu absorpčních pásů zlata nebo stříbra, se zachováním polohy pásu jiného kovu. Povrchové vlastnosti a struktury získaných vzorků ve všech fázích práce byly studovány pomocí moderních fyzikálních a chemických analýz: XPS, AFM, SEM-EDX atd.