Studentská vědecká konference

Detekce opticky aktivních látek je stěžejní, zejména pokud se jedná o látky interagující s organismem. Řada účinných látek v léčivech je chirální a jejich analýza během výroby i distribuce je velmi důležitou součástí farmacie. Mezi standardní techniky rozpoznávání chirálních molekul patří různé analytické metody např. měření cirkulárního dichroismu, kde se ale setkáváme s poměrně nízkou citlivostí, či měření Ramanovy optické aktivity, které je však časově náročné a obtížně reprodukovatelné. Řešením by mohlo být použití enantioselektivních hybridních nanostruktur, pomocí nichž lze díky plasmonové resonanci detekovat chirální analyty i ve velmi nízkých koncentracích. Tato práce se zabývá vytvořením a otestováním nového enantioselektivního detekčního systému s využitím plasmon-aktivních substrátů na bázi helicenů. Nanostrukturovaný chirální helicenový polymer je připravován na vodivých substrátech (ITO sklo) pomocí elektropolymerace. Tato metoda nevyžaduje použití běžných aditiv užívaných v polymerní chemii, ani přítomnost polymerizovatelných funkčních skupin na helicenových monomerech. Navíc je možné na základě změny parametrů elektropolymerace připravit kvalitativně různé vrstvy. V oblasti enantiodiskriminativní SERS analýzy se jedná o zcela ojedinělý přístup.

V rámci celosvětové aspirace k nezávislosti na fosilních palivech se jako nadějnou cestou jeví využití vodíku jako udržitelné alternativy pro skladování obnovitelné energie. Jedním ze základních pilířů přechodu na vodíkovou energetiku je samotná výroba vodíku. Ta je v dnešní době silně vázána na drahé kovy, např. platinu či iridium, jejichž vzácnost značně omezuje jejich průmyslové využití.  Sulfid tantalu (TaS₂) se jeví jako perspektivní materiál pro (foto)elektrochemickou výrobu vodíku štěpením vody. Morfologická struktura tohoto materiálu se v průběhu elektrochemické reakce „rozlamuje“, čímž vzniká vyšší poměr povrchu ku objemu a taky větší množství redox-aktivních krajů. Tak se navyšuje počet katalytických míst a tím také úhrnná katalytická aktivita. Tato práce je věnována elektrochemické aktivací TaS₂ na 3D plazmon-aktivním povrchu. Jako plasmon aktivní substrát byl použita titanová elektroda s vyleptanou strukturou nanotrubičkového oxidu titaničitého a následně elektrochemicky nadeponovou tenkou vrstvou zlata. Bylo prokázáno, že 3D struktura substrátu zrychluje samotnou aktivaci TaS₂ a zajišťuje další možnost foto-eletrochemické katalýzy s výskytem dodatečného fotoproudu.

V posledních letech přitahuje velkou vědeckou pozornost využití elektrochemie v organické syntéze a to jak z hlediska základního tak i aplikovaného výzkumu. Tento přístup umožnuje regulovat selektivitu a rychlost organických chemických proměn a celkem zjednodušit procesy chemické technologie. Současně vývoj nových přístupů k enantio-selektivní výrobě organických sloučenin má velký význam, zejména pro farmaceutické a biologické aplikace (většina bio-aktivních sloučenin jsou chirální molekuly). V této práci je navžena kombinace organické elektrochemie a enantio-selektivní katalýzy. Základním bodem je zvýšení enantio-selektivity reakce přes správnou volbu katalyzátoru na povrchu redox-aktivní elektrody. Byly připraveny nové elektrody pro elektrochemickou foto-redukci, které dokonce umožnily i využití foto-elektrochemického přístupu. Proběhla optimalizace parametrů elektrod na základě vybrané modelové hydrogenace acetofenonu na 1-phenyletanol s přihlížením k potenciálnímu použití navržených elektrod pro redukci složitějších struktur.  

Zlaté nanočástice (AuNP) jsou díky svým fyzikálním a chemickým vlastnostem jedny z nejvyužívanějších kovových nanočástic v lékařství. Aplikují se např. při léčbě rakoviny (detekce nádorových buněk, fototermální a fotodynamická terapie) či k transportu léčiv. Cílem této práce byla příprava stabilních AuNP metodou katodového naprašování Au do různých typů polyethylenglykolu (PEG) a studium antivirového účinku vůči SARS-CoV-2. Jako zachytávací kapalné médium a současně stabilizační činidlo bylo použito PEG a PEG-aminu. Depozicí Au do PEG byly připraveny vysoce stabilní koloidní disperze díky stérickému efektu PEG. Připravené AuNP byly studovány z hlediska časové stability a stability při různých teplotách (4 a 37 °C; sterilizace v autoklávu). Vlastnosti připravených koloidů byly studovány prostřednictvím řady analytických metod (TEM, AAS a UV-Vis spektroskopie). Dále byla sledována viskozita a pH koloidních disperzí AuNP.NP by mohly najít uplatnění např. v cíleném transportu léčiv.

Kompozitní materiály na bázi antibakteriálního MOFu, neboli „metal-organické rámcové struktury“ (z angl. metal organic frameworks), jsou vysoce porézní krystalické materiály, které se vyznačují velkým specifickým povrchem. Proto mohou být  použity jako rezervoáry a nosiče pro více typů látek a uvolňovat antibakteriální ionty kovů nebo organické linkery. Tato jedinečná vlastnost z nich činí vhodné multifunkční materiály pro biomedicínské aplikace. V kombinaci s jinými materiály mohou být MOFy využity jako platforma pro účinné ničení bakterií prostřednictvím synergického účinku více typů mechanismů. V této práci byl připraven kompozitní materiál na bázi polydimethylsiloxanu (PDMS), obsahujícího různé koncentrace MOFu CuBTC. Byla provedena charakterizace jednotlivých vzorků pomocí infračervené spektroskopie, Ramanovy spektroskopie, Rentgenové strukturní analýzy, skenovací elektronové mikroskopie, analýzy BET a mechanických zkoušek. Výsledný kompozit je předmětem dalšího výzkumu z hlediska jeho využití jako antibakteriálního biomateriálu.

Materiálové inženýrství se v dnešní době zabývá metodami, jak vylepšit povrchové vlastnosti materiálů, ať jde například o smáčivost, biokompatibilitu či tepelnou a elektrickou vodivost. Tyto jevy mají svůj význam i na povrchu objektů, proto je vhodné materiály studovat a testovat ve formě tenkých vrstev. Nanostrukturování je technika, kterou lze modifikovat povrchy materiálů a získávat tenké vrstvy s přesně danými vlastnostmi. Zejména v posledních několika letech se objevilo nové odvětví nanostrukturovacích technik založených na modifikaci povrchů excimerovým laserem. Expozice polymerních substrátů laserovým paprskem může vyvolat tvorbu periodických struktur, které jsou obzvlášť výhodné pro adhezi buněk. V rámci této práce byly vyrobeny nanokompozitní tenké vrstvy polystyren/uhlík metodami solvent – casting a spin – coating. Vybrané povrchy byly modifikovány vysokovýkonným excimerovým laserem a tepelným namáháním. U takto připravených filmů byla studována tloušťka, povrchová morfologie, chemické složení, smáčivost a byl vyhodnocován vliv modifikace.  

Z důvodu toho, že organismus je soustavou chirálních komponentů, chirální vlastnosti farmaceutických sloučenin  jsou  významné pro určení jejích farmakologických účinků. V posledních letech vzrostl zájem o enantioselektivní detekci opticky aktivních látek pro kontrolu kvality farmaceutických sloučenin. Několik pravidelně používaných analytických přístupů k enantioselektivní detekci jsou však   založeny na technicky náročných postupech. Tato práce se zaměřuje na enantioselektivní detekci léčiv prostřednictvím povrchově-zesílené Ramanové spektroskopie s použitím hybridních struktur typu AuNPs@MOF. Byly připraveny plazmon-aktivní Au nanocastice, na povrch kterých byly naroubovány filmy chirálního metal organic framework (HMOF) L- nebo D-ZnAlaCl, které byly použity jako struktury  pro enantioselektivní diskriminaci chiralního analytu. Byla provedena optimalizace metody navázání MOFu na povrch zlatých nanočástic a ověřena schopnost připravených nanostruktur k enantioselektivní detekci izomerů farmaceutické sloučeniny pomocí SERS.   

Tkanivové inžinierstvo je spoločne s vývojom nových biomateriálov dôležitým odvetvím reparatívnej medicíny. Jeho cieľom je náhrada a regenerácia orgánov či tkanív, ktoré v tele pacienta neplnia svoju funkciu. Polymérne biomateriály, ktoré sú zároveň bioresorbovateľné sú v súčasnosti intenzívne skúmané práve pre svoje vlastnosti, ktoré umožňujú ich použitie v medicíne a tkanivovom inžinierstve. Medzi tieto materiály patrí aj kyselina polymliečna, ktorej kľúčové vlastnosti sú práve bioresorbovateľnosť a biokompatibilita. Cieľom tejto práce bola replikácia mikroštruktúr typu včelích plástov na povrch PLLA fólie metódami „hot embossing“ a „solvent casting“ a ich následná plazmatická modifikácia. Na pripravených vzorkách bola študovaná morfológia a drsnosť povrchu pomocou laserovej konfokálnej mikroskopie, mikrosopie atomárnych síl a skenovacej elektrónovej mikroskopie. Prvková analýza povrchu bola prevedená röntgenovou fotoelektrónovou spektroskopiou a energiovo disperznou spektroskopiou. Zmáčavosť povrchu bola študovaná meraním kontakného uhla. Na základe výsledkov vymenovaných analýz bol vyhodnotený vplyv replikácie a plazmatickej modifikácie. S cieľom overiť vhodnosť použitia replikovaných mikroštruktúr v tkanivovom inžinierstve boli prevedené testy cytokompatibility.