Studentská vědecká konference

Organická elektrochemie právě prochází érou renesance, což je úzce spojeno s možností provádět organické transformace za mírných podmínek, s vysokou selektivitou, vysokým výtěžkem a bez použití toxických rozpouštědel. Kombinace organické elektrochemie s alternativními přístupy, jako je fotochemie, má velký potenciál díky indukovaným synergickým efektům. V této práci poprvé navrhujeme využití plazmoniky pro zvýšení rychlosti a regioselektivity chemické reakce provedené ve fotoelektrochemickém režimu. Výhody navrhované cesty jsou demonstrovány na modelové reakci s tvorbou vazby C-N mezi pyrazolem a substituovanými deriváty benzenu. Reakce byla provedena ve fotoelektrochemickém režimu na povrchu plazmonicky aktivní elektrody Au@Pt a pozorovali jsme vliv plazmonu na výtěžek reakce a regioselektivitu. Bylo demonstrováno výrazné zvýšení rychlosti reakce a změna regio-selektivity produktů za tvorby převážně "stericky nevýhodných" ortho izomerů.  

Náplní této práce je charakterizace povrchových vlastností tenkých měděných vrstev, které byly připraveny katodovým naprašováním na plazmaticky aktivované sklo s následným žíháním ve vakuu. Fyzikální, chemické a morfologické vlastností povrchu meděných vrstev byly zkoumány řadou analytických metod. Pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) bylo zjištěno, že množství Cu roste se zvyšující se dobou depozice. S vyšším obsahem mědi na povrchu také narůstá i hodnota u kontaktního úhlu vody. Snímky z mikroskopu atomárních sil (AFM) a skenovacího elektronového mikroskopu (SEM) potvrzují, že povrch silnějších vrstev je jednolitý. Stárnutím vzorků se mírně snižuje jejich smáčivost a jsou tedy hydrofobnější. Takto připravené materiály nacházejí uplatnění v elektronice (díky jejich vodivosti) či optoelektronice (solární panely). Dalším cílem práce je pozorovat antibakteriální, cytotoxické či fungicidní účinky měděných nanovrstev, neboť měď silně inhibuje růst některých bakterií a zároveň je biogenním prvkem, což má potenciál v medicinálních aplikacích.

Plazmon-aktivní materiály si díky svým vlastnostem získávají pozornost mimo jiné na poli elektrochemie a katalýzy. V této práci jsme se zabývali přípravou plazmon-aktivního katalyzátoru na bázi karbonizovaných polypyrolových nanotrubiček (cPPyNTs) a měděných nanočástic (CuNPs). Nejdříve byly syntetizovány a poté žíhány polypyrolové nanotrubičky jako templát pro přípravu N-dopovaných uhlíkových nanostruktur. Následně byly na jejich povrchu redukovány CuNPs s cílem zavést do struktury plazmon-aktivní komponent. Úspěšná syntéza požadovaných struktur byla prokázána pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a SEM-EDX analýza potvrdila chemické složení připravených nanostruktur. Kromě toho metody XPS a XRD neukázaly přítomnost oxidů mědi. Tvorba kovových nanočástic byla potvrzena i pomocí UV-Vis spektroskopie, která zaznamenala absorpční maximum kolem 600 nm typické pro nanočástice mědi. Následně byla prozkoumána elektrochemická aktivita pomocí modelových reakcí HER a ORR bez osvícení a při osvícení různými vlnovými délkami. ORR měření ukázala zvýšení hustoty proudu při ozáření vzorků v závislosti na používaných vlnových délkách. Získané výsledky prokázaly, že připravený materiál má vysoký potenciál pro katalytické aplikace v oblastech palivových článků a použití zeleného vodíku.

Metal-organické sítě jsou porézní koordinační sloučeniny složené z organických ligandů a kovových iontů nebo shluků kovových atomů. Velká rozmanitost struktur metal-organických sítí skýtá potenciál pro jejich použití v různých aplikacích včetně přípravy antibakteriálních materiálů pro zdravotnické prostředí. Tato práce se zabývá vývojem antibakteriálního materiálu na bázi metal-organické sítě UiO-66 poskytujícího elektrickým proudem přepínatelné samočisticí a antimikrobiální vlastnosti založené na vzniku plynné vrstvy na povrchu substrátu ve vodném prostředí. Vzorky byly připraveny roubováním UiO-66 na povrch skla s tenkou vrstvou platiny. Následně u vzorků byly sledovány spektrální a chemické změny na povrchu, byla studována změna jejich hydrofobnosti v každém kroku syntézy a optimalizovány vlastnosti finálních hydrofobních povlaků. Výsledný materiál byl podroben zkouškám samočisticích vlastností v imitovaném kontaminovaném a vodném prostředí.

Nanočástice stříbra mají díky prokázaným antibakteriálním účinkům široké uplatnění, např. ve zdravotnictví, chemickém průmyslu a kosmetice, ale ve vyšších koncentracích jsou toxické. Řešením tohoto problému by mohlo být jejich řízené uvolňování z polymerních hydrogelů. Hydrogely byly připraveny z karboxymethylcelulózy síťováním pomocí kyseliny citronové. Kyselina citronová byla rovněž využita pro redukci AgNO₃ při přípravě stříbrných nanočástic, které byly následně do hydrogelu zabudovány. Připravované nanočástice byly kulovitého tvaru o průměru cca 20 nm. K jejich uvolnění ze struktur hydrogelů docházelo během 24 hodin. Připravované vzorky byly stabilní v destilované vodě a málo stabilní v pufrovaném fyziologickém roztoku. U vzorků byla sledována prokazatelná antibakteriální aktivita vůči E. Coli a S. aureus. Tyto kompozitní materiály se jeví jako perspektivní pro využití v medicíně např. pro prostředky ke krytí ran.  

Cyklické olefinové kopolymery patří mezi novou třídou polymerních materiálů. Tyto materiály nacházejí použití ve výrobě transparentních výlisků pro ukládání optických dat nebo v optice, např. pro čočky či senzory. Tyto materiály jsou také zvláště zajímavé pro primární balení léčiv, zdravotnické prostředky a diagnostické jednorázové produkty. V práci jsou charakterizovány folie vyrobené metodou solvent casting a podrobené povrchové plazmatické aktivaci či s deponovanými Au nanovrstvami. V rámci práce byl charakterizován vliv plazmatické modifikace na povrchovou morfologii a chemii připravených struktur. U vzorků s naprašovanými Au vrstvami byly sledovány jejich morfologické a optické vlastnosti. Při přípravě folií metodou solvent casting zůstává zbytkové množství chloroformu v polymeru jako změkčovadlo, čehož bylo využito pro tvorbu 3D bublinkaté struktury obohacené o ušlechtilý kov. Takto připravené materiály mohou nalézt uplatnění jak 3D skefoldy pro růst buněk.

Experimentálna fotodynamická terapia nádorov v súčasnosti na seba púta veľkú pozornosť pre svoju efektivitu v liečbe rakoviny vďaka použitiu špecifických fotosenzibilizátorov – látok, ktoré absorbujú žiarenie určitej vlnovej dĺžky a premieňajú ho na fluorescenciu alebo aktivujú kyslík na reaktívne kyslíkové radikály. Efektivita spočíva v cielení na rakovinové bunky, pričom bunky zdravého tkaniva nie sú liečbou zaťažované. Pre tento proces je dôležitý tzv. EPR efekt, vďaka ktorému je zabezpečená preferenčná akumulácia polymérneho konjugátu s fotosenzibilizátorom v nádorovom tkanive v dôsledku jeho poškodenej vaskulatúry a nevyvinutému lymfatickému systému. Po akumulácii konjugátu a následnom odštiepení fotosenzibilizátoru v nádore je na aktiváciu fotosenzibilizátoru použité žiarenie s vhodnou vlnovou dĺžkou, čo zabezpečí tvorbu cytotoxických reaktivních foriem kyslíka, singletový kyslík, a zničenie rakovinových buniek. Spomínaná fluorescencia môže byť nápomocná pri diagnostike rakoviny a fluorescenčne riadených chirurgických zákrokov. Cieľom tejto práce bolo pripraviť konjugáty biokompatibilných polymérov s fotosenzibilizátorom Pyf-B (Pyropheophorbide B), ich charakterizácia, štúdium fluorescencie a štúdium uvoľňovania fotosenzibilizátoru z konjugátov.  

Interakci mezi světlem a hmotou lze výrazně posílit pomocí excitace povrchových plazmonů, která umožňuje subdifrakční fokusování světelné energie. Tento jev je zvláště výrazný v případě tzv. plazmonických horkých míst, která našly široké uplatnění v oblasti povrchově zesílené Ramanovy spektroskopie (SERS). Tato práce se zabývá přípravou a použitím chirálních nanostruktur zlata, které mají unikátní tvar helikoidů a chiralitu zakódovanou v každé jednotlivé nanočástici. Zkoumá se vliv chirálních analytů umístěných v plazmonickém horkém místě na intenzitu lokálního elektrického pole a jejich SERS odezvu. Byla vyrobena uspořádaná vrstva Au helikoidů s konzistentní mezerou mezi nanočásticemi na plazmonově aktivní zlaté mřížce, která je schopna podporovat excitaci a šíření povrchových plazmon-polaritonů. Chirální molekuly analytu, konkrétně R(+) nebo S(-) enantiomery naproxenu, byly umístěny v prostoru mezi Au helikoidy a byl pozorovan významný rozdíl v zesílení SERS mezi enantiomery v závislosti na chiralitě helikoidů. Tyto experimentální poznatky mají potenciál výrazně přispět k rozvoji enantioselektivní detekce léčiv.  

Polyvinylalkohol (PVA) je hydrofilní polymer s vynikající biokompatibilitou, který díky svým vlastnostem nachází uplatnění v různých biomedicínských oblastech. Hydrogely na bázi PVA se v průběhu času ukázaly jako slibné biomateriálypro nejrůznější aplikace tkáňového inženýrství, zejména pro krytí ran, kultivaci vaskulárních buněk a cévní implantace. V této práci byly porovnávány vlastnosti PVA hydrogelů síťovaných kyselinou citronovou, jednak čistých a jednak dotovaných polyethylengykolem (PEG). Metodou gravimetrie byl studován hmotnostní úbytek materiálu po expozici vodě a hmotnostní úbytek způsobený ablací po modifikaci argonovým plasmatem. Dále byla stanovována změna pH vody a buněčných kultivačních médií, které byly ve styku s hydrogely. V neposlední řadě bylo sledováno stárnutí hydrogelů a změny jejich povrchové morfologie.

Při hledání materiálů s unikátními vlastnostmi je nutné tyto vlastnosti velmi často optimalizovat pomocí vhodné kombinace materiálů při tvorbě kompozitů. Jedním takovým je i nový biopolymerní nanokompozit Hastalex obsahující grafen. Tato práce se zabývá jeho povrchovou modifikací plazmatem, depozicí ušlechtilého kovu či tepelným namáhání s cílem změnit jeho povrchové vlastnosti pro použití v tkáňovém inženýrství. Modifikovaný povrch byl studován pomocí mikroskopie atomárních sil, goniometrie a SEM. Byla sledována cytokompatibilita, antibakteriální vlastnosti, smáčivost a morfologie povrchu, jeho prvkové složení a mechanické vlastnosti. Plazmatická expozice měla významný vliv na cytokompatibilitu fólie Hastalex pro oba výkony plazmatu 3 W i 8 W. Počet buněk lidských fibroblastů na plazmaticky exponované fólii Hastalex se výrazně zvýšil ve srovnání s původním polymerem a předčil tkáňový polystyren. Plazmatická expozice také ovlivnila růst a tvar buněk fibroblastů. Depozice Ag v kombinaci s tepelným namáháním významně ovlivnila antibakteriální vlastnosti polymeru Hastalex.