diplomová práce

Studium vlivu toxických a nutričních prvků na metabolismus buněk pomocí kombinace Ramanovy spektroskopie a spektroskopie laserem buzeného plazmatu

Text práce 2.55 MB

Autor práce: Ing. Martin Mazura

Ak. rok: 2015/2016

Vedoucí: Ing. David Prochazka, Ph.D.

Oponent: Mgr. Aleš Hrdlička, Ph.D., Ph.D.

Abstrakt:

V této práci je studováno online rozlišení šesti kmenů bakterií pomocí multivariační analýzy dat (MVDA). Jako nejvhodnější technika byla zvolena analýza hlavních komponent (Principal component analysis, PCA). K chemické analýze bakterií byly použity dvě různé analytické metody – Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) a Ramanova spektroskopie. Pro co nejlepší rozlišení jednotlivých kmenů bakterií byla získaná data z obou metod vyhodnocována zvlášť i dohromady. Pro společné vyhodnocení byla data separátně škálována od nuly do jedné a následně zařazena za sebe. Takto vznikl soubor dat nesoucí informaci z obou metod. U jednotlivých kmenů bakterií byl navíc studován i vliv doby kultivace.
Bylo zjištěno, že pomocí Ramanovy spektroskopie je možné rozlišit dva kmeny bakterií a pomocí metody LIBS dokonce čtyři. Kombinací obou metod bylo dosaženo úplného rozdělení všech šesti kmenů do samostatných shluků. Pomocí vah jednotlivých vlnových délek první hlavní komponenty (PC1) bylo zjištěno, že největší přínos pro třídění bakterií u metody LIBS nenese rozdíl jejich prvkového složení, ale matriční efekt ovlivňující spektrum. Vliv doby kultivace byl sledován pouze metodou LIBS. Na základě měření provedených s odstupem 24 hodin bylo možné pozorovat změnu u čtyř kmenů bakterií.
Z výsledků této práce lze usuzovat, že kombinace Ramanovy spektroskopie a metody LIBS je díky komplementárním informacím vhodná pro rychlé rozlišení jednotlivých kmenů a druhů bakterií. Navíc bylo zjištěno, že pomocí metody LIBS je u některých kmenů bakterií možné stanovit změny vzniklé délkou kultivace.

Klíčová slova:

LIBS, Ramanova spektroskopie, analýza hlavních komponent, bakterie, Staphylococcus

Termín obhajoby

21.6.2016

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)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. David Prochazka, Ph.D.

Autor se v práci zabývá problematikou rozlišení bakterií pomocí metod Ramanovi spektroskopie, a spektroskopie laserem buzeného plazmatu. Z důvodů komplikované spolupráce několika pracovišť se autor odchýlil od původních cílů práce, prezentované výsledky jsou však tematicky velmi blízké a rozsahem i náročností naprosto adekvátní. Teoretický popis obou použitých metod v práci je stručný a čtenáři dává pouze základní náhled do principů jejich fungování. Text je však doplněn odkazy na vhodnou literaturu. V praktické části se autor věnuje celému procesu rozlišení bakterií od samotného měření, přes filtrování a škálování datových souborů až po využití multivariační datové analýzy. Celkový přístup k problému je inovativní. Celá práce je velmi dobře strukturována a čtenáře provádí mezioborovou problematikou. Po grafické a stylistické stránce je práce na vysoké úrovni. Celkově práci hodnotím stupněm A.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené 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 C
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Autor řešil problematiku identifikace bakterií metodami LIBS a Ramanovy spektroskopie. Ačkoliv spektra LIBS ze vzorků bakterií kultivovaných na agaru v Petriho miskách jsou poměrně chudá, podařilo se metodou hlavních komponent rozlišit 4 shluky jednotlivých (pravděpodobně) druhů bakterií z 6 testovaných, Ramanovou spektroskopií pak pouze 2. Společným vyhodnocením spekter z obou metod pak lze rozlišit 5 shluků, z nichž 4 oddělují druhy bakterií. Lepšího rozlišení bakterií lze dosáhnout po delší době kultivace.
    Práce je velmi zajímavým propojením dvou technik a řeší praktický úkol originálním způsobem. Je výsledkem mezioborové spolupráce. Prezentované téma je řešeno odpovídajícím způsobem. Úvodní část a grafická podoba práce mají výbornou úroveň, pravopis je na vysoké úrovni, je zde jen minimum drobných chyb. Také je to první práce, kde jsem nenašel překlepy. K některým formulacím v Teoretické části, k diskuzi a popisu experimentů i výsledků mám však připomínky a dotazy.
1) Bylo by vhodné změnit i název práce, aby lépe vystihoval změnu cílů práce a řešenou problematiku.
2) Str. 8: „molová“ – má být správně molární hmotnost
3) Str. 12: Uvítal bych i stručné doporučení, jak matriční jevy kompenzovat.
4) Str. 13: „ Výsledkem je vysoko energiová forma molekuly…“ -Nevhodná formulace. V práci je jich více (např. str. 8, 11, 14).
5) Str. 15: Tvrzení v 2. odstavci vyvolává překvapivý dojem, že rozdíl energií mezi vyššími vibračními hladinami je přibližně stejný jako mezi základní a první excitovanou vibrační hladinou, což popírá obr. 8. V tomto přiblížení nelze porovnávat „příliš vzdálené“ hladiny.
6) Str. 16: „…může být vibrační energie molekuly rozdělena na různé „stupně volnosti“. Tři stupně volnosti popisují translační pohyb molekuly a tři rotační…“ Tvrzení vyvolává dojem, že vibrace molekuly se skládají z translačního a rotačního pohybu.
7) Str. 23: Obr. 14 by měl spíše ukazovat vnitřek interakční komory s modelovým vzorkem, např. ve formě fotografie s dokreslenými popisky.
8) Str. 24 a celá práce: Není mi jasné, zda byly identifikovány jednotlivé druhy bakterií nebo jejich kmeny nebo obojí a zda byl každý druh kultivován samostatně v Petriho misce nebo byla kultivována a proměřována i směs bakterií na jedné Petriho misce.
9) Str. 25: „Na obrázku 14 můžeme vidět, že na některých místech vzorku se neměřily vypěstované bakterie, ale jenom samotný agar.“ Tvrzení se zřejmě týká obr. 16, na obr. 14 je detail interakční LIBS komory systému Sci-Trace (Atom Trace, CZ).
10) Str. 28: Kapitola 3.1.1 Příprava měření je podle mě již vyhodnocování experimentálních dat, byť se ještě nejedná o vlastní statistickou analýzu.
11) Str. 37 a 38: Nebylo možné zobrazit průměrné Ramanovo spektrum pro každý kmen/druh bakterií, jako je tomu u analýzy LIBS? Jedno průměrné Ramanovo spektrum ze všech měření na obr. 27 o možnostech identifikace nic nevypovídá. Autor by měl výsledky této metody více a srozumitelněji komentovat.
12) Str. 42-45: Literatura – styl zápisu citovaných prací je nejednotný.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací C

Známka navržená oponentem: B