diplomová práce

Aplikace nanotechnologií pro detekci biomolekul

Text práce 8.52 MB

Autor práce: Ing. Rostislav Váňa

Ak. rok: 2013/2014

Vedoucí: doc. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D.

Oponent: doc. RNDr. Petr Skladal, CSc.

Abstrakt:

Tato práce se zabývá použitím kovových nanostruktur k detekci biomolekul. Byl
vytvořen postup pro stabilizaci roztoků zlatých nanočástic pro lepší použitelnost
v biologických vzorcích a biochemických procesech, kde mohou být použity různé
koncentrace solí nebo různé pH. Byl vytvořen model optických vlastností těchto
nanočástic, který byl podpořen spektroskopickými měřeními. V práci jsou také
na experimentech demonstrovány možnosti využití plazmonických nanostruktur na
površích v oblasti detekce biomolekul.

Klíčová slova:

zlaté nanočástice, stabilizace, optické vlastnosti, plazmonické nanostruktury, spektroskopie,
biodetekce

Termín obhajoby

23.6.2014

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-FIN)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Cíle diplomové práce Rostislava Měcha pokrývaly dva rovnocenné směry: práci s koloidními roztoky nanočástic a detekci biomolekul pomocí lokalizovaných plazmonových rezonancí. Při zpracování využil znalostí a experimentálních výsledků získaných na stáži v Terstu, která byla velmi úspěšná. Student prokázal odpovídající znalosti technik a také postupů, které nejsou na ÚFI používány. Díky tomu a studentově vlastní iniciativě se také podařilo udržet spolupráci s Biofyzikálním ůstavem na řešeném tématu. Student pracoval na své práci svědomitě a jediné, co bych mu vytkl, bylo mírné polevení v úsilí po návratu ze stáže – myslím si, že v části věnované detekci lokalizovanými plazmony mohlo být provedeno více experimentů. Je nutné vyzdvihnout fakt, že téma je silně mezioborové a bez studentova zájmu by řešení bylo mnohem obtížnější. Text práce je neobvykle seřazen, s popisem experimentálních technik na konci, což ale dle mého názoru neubírá na přehlednosti. Naopak, práce vhodně a poměrně přehledně představuje průřez všemi aktivitami, které student během čtvrtého a pátého ročníku vykonával.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
doc. RNDr. Petr Skladal, CSc.

Práci doporučuji k obhajobě, zejména oceňuji interdisciplinární přístup, kdy autor kombinuje rozsáhlé technické znalosti s testy zahrnujícími reálné biomolekuly, přičemž dosáhnul zajímavé a originální výsledky, nadějné pro další pokračování výzkumu.

Připomínky a otázky k eventuálnímu zodpovězení při obhajobě:

Předložená diplomová práce byla zpracována na VUT - Fakultě strojního inženýrství, Ústav fyzikálního inženýrství, a částečně také v Nanoinnovation Laboratory, Elettra v Terstu. Vlastní práce má rozsah 58 stran plus úvodní úsek, obsahuje 40 citací. Práce má několik příbuzných témat.

Nejprve se řeší modifikace zlatých nanočástic (AuNP) pomocí smíšené thiolové monovrstvy tvořené ssDNA probou a ethylenglykolovou ředící složkou. Byla detailně řešena stabilita těchto nanočástic; snad z hlediska bioanalytického použití není až tak významné použití v 1 M NaCl a při nízkém pH, biosensory vesměs fungují při pH kolem 7 a pracovní pufry jsou do 200 mM koncentrace. Zajímavá je studie adsorpce modifikovaných AuNP na obdobné planární povrchy s monovrstvami; v praxi se ale zase spíše řeší nespecifická vazba biomolekul ze vzorku. Tato část nicméně byla úspěšně završena detekcí komplementární DNA sekvence na základě precipitace nanočástic.

Následující kapitola nejprve teoreticky řeší citlivost nanočástic na změnu tloušťky přiléhajících vrstev, následuje pak experimentální ověřování navrženého modelu na posunech spektrálních maxim při různých vazebných pokusech.

Třetí část se pak soustředila na plazmonické struktury a jejich použití pro detekci biomolekul, tento úsek je dělen na měření v infračervené oblasti (zatím bez úspěchu) a ve viditelné části spektra, kde vazebné posuny byly detekovány.

V práci se vyskytnulo několik drobných nepřesností:

Kap. 2, 1. odstavec - uváděné poznatky opomíjejí rozsáhlé použití AuNP na poli imunochemie.
2.6.2, pomocí NaCl nelze nastavit zásadité prostředí, asi šlo o NaOH.
Obr. 2.13, odečet spekter je problematický, protože složení vrstev z hlediska obsahu TOEG6 není odpovídající.
Obr. 2.14, "zesílení" síry na mixovaném povrchu není nijak prokázáno, poněkud spekulativní. Vyšší stabilitu bych předpokládal spíše u uniformních vrstev.
Str. 36, nanočástice byly zakoupeny nebo připraveny v laboratoři?
Obr. 4.3, sjednotit způsob znázornění IR spekter (vlnočet vs. vlnová délka).
Str. 43 nahoře, při měření za sucha by překryv se spektrem vody nevadil.
Obr. 4.10, jak se liší obě znázorněná spektra?
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: A