Nanočásticové senzorové systémy
Diplomová práce
Studijní program: N3942 – Nanotechnologie Studijní obor: 3942T002 – Nanomateriály
Autor práce: Bc. Michael Kalát
Vedoucí práce: RNDr. Michal Řezanka, Ph.D.
Liberec 2017
Nanoparticle-based sensor systems
Master thesis
Study programme: N3942 – Nanotechnology Study branch: 3942T002 – Nanomaterials
Author: Bc. Michael Kalát
Supervisor: RNDr. Michal Řezanka, Ph.D.
Liberec 2017
6
Poděkování
Rád bych tímto poděkoval všem, kteří se zasloužili o vytvoření mé diplomové práce, především RNDr. Michalu Řezankovi, Ph.D. za trpělivé vedení při syntéze v laboratoři organické chemie a mnoho cenných rad spojených s tvorbou této práce. Poděkování patří také Ing. Markétě Řezankové za naměření NMR spekter připravených derivátů cyklodextrinů.
Dále si velmi vážím příjemné atmosféry v laboratoři a pomoci nejrůznějšího druhu při experimentech od Mgr. Veroniky Zajícové, Ph.D., Ing. Jana Lukáška, Mgr. Jany Karpíškové, prof. Ing. Ivana Stibora, CSc. a dalších kolegů z řad studentů.
V neposlední řadě děkuji své životní partnerce Petře, rodičům, sestře Michaele i ostatním členům rodiny za podporu nejen během mého studia.
7
Abstrakt
V rámci této diplomové práce byla testována odezva senzorů založených na zlatých a stříbrných nanočásticích funkcionalizovaných β-cyklodextrinem (β-CD) na 13 biologicky aktivních látkách a třech bakteriálních druzích. Za tímto účelem byl připraven vhodný derivát β-CD a ten byl dále navázán na zmíněné nanočástice.
Teoretická část práce je věnována nanočásticím a cyklodextrinům, konkrétně jejich vlastnostem, metodám přípravy a možnostem využití v bionanotechnologických aplikacích. Následně je pojednáno o senzorových systémech, zejména těch založených právě na nanočásticích funkcionalizovaných cyklodextriny.
Klíčová slova: nanočástice, cyklodextriny, detekce biologicky aktivních látek
8
Abstract
The aim of this diploma thesis was to test response of sensor based on gold and silver nanoparticles functionalised by β-cyclodextrin (β-CD) to 13 biologically active compounds and three bacterial species. For this purpose, suitable derivative of β-CD was prepared and attached to the nanoparticles.
The first part is focused on nanoparticles and cyclodextrins, their properties, ways of their preparations and use in bionanotechnological applications. In addition, information about sensor systems, especially those based on nanoparticles functionalised by β-cyclodextrin, were summarized.
Keywords: nanoparticles, cyclodextrins, detection of biological active compounds
9
Kurzfassung
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde die Wirkung der auf den β-Cyclodextrin-funktionalisierten goldenen und silbernen Nanopartikeln basierten Sensoren auf 13 biologisch aktive Verbindungen und drei Arten der Bakterien getestet.
Dafür wurde ein ausgewähltes Derivat des β-Cyclodextrins β-(CD) vorbereitet, das weiter an die erwähnten Nanopartikeln angeknüpft wurde.
Der theoretische Teil widmet sich den Nanopartikeln und Cyclodextrinen, konkret ihren Eigenschaften, Methoden ihrer Vorbereitung und praktischer Anwendung in bionanotechnologischen Applikationen. Im Anschluss behandelt man Sensorsysteme, vornehmlich diejenigen, die auf den β-Cyclodextrin-funktionalisierten Nanopartikeln basiert sind.
Schlüsselwörter: Nanopartikel, Cyclodextrine, biologisch aktive Verbindungen
10
Obsah
Seznam zkratek ... 12
1 Úvod ... 13
2 Teoretická část ... 14
2.1 Nanočástice ... 14
2.1.1 Příprava nanočástic ... 14
2.1.2 Kovové nanočástice ... 15
2.1.3 Zlaté nanočástice ... 15
2.1.4 Stříbrné nanočástice ... 16
2.1.5 Zlato-stříbrné bimetalické nanočástice ... 16
2.2 Cyklodextriny ... 17
2.2.1 Vlastnosti cyklodextrinů ... 18
2.2.2 Výroba a využití cyklodextrinů ... 19
2.2.3 Deriváty cyklodextrinů ... 19
2.3 Senzorové systémy ... 19
2.3.1 Senzory založené na nanočásticích funkcionalizovaných CD ... 20
3 Experimentální část ... 23
3.1 Příprava per-6-deoxy-per-6-iodo-β-CD ... 23
3.2 Příprava per-6-deoxy-per-6-thio-β-CD ... 23
3.3 Příprava zlatých nanočástic ... 24
3.4 Příprava stříbrných nanočástic ... 24
3.4.1 Příprava stříbrných nanočástic redukcí citrátem ... 24
3.4.2 Příprava stříbrných nanočástic redukcí chelatonem III ... 24
3.5 Funkcionalizace Au a Ag nanočástic per 6-deoxy-per-6-thio-β-CD ... 24
11
3.6 Testování odezvy nanočástic funkcionalizovaných per-6-deoxy-per-6-
thio-β-CD na biologicky aktivní látky ... 25
4 Výsledky a diskuse ... 26
4.1 Příprava persubstituovaných derivátů cyklodextrinů ... 26
4.2 Zlaté a stříbrné nanočástice ... 27
4.3 Funkcionalizace nanočástic per-6-deoxy-per-6-thio-β-CD ... 28
4.4 Testy odezvy senzorů (nanočástic funkcionalizovaných per-6-deoxy- per-6-thio-β-CD) na biologicky aktivní látky ... 28
4.5 Testy odezvy senzorů (nanočástic funkcionalizovaných per-6-deoxy- per-6-thio-β-CD) na bakterie a další biologicky aktivní látky ... 34
5 Závěr ... 36
Seznam literatury ... 37
Seznam obrázků ... 40
12
Seznam zkratek
CD cyklodextrin
CD-NČ cyklodextriny navázané na nanočástice CNT uhlíkové nanotrubičky
EDX energiově-disperzní analýza
FE-SEM field emission scanning electron microscope
NČ nanočástice
NMR nukleární magnetická rezonance MIP moleculary imprinted polymer MW molární hmotnost (molecular weight)
QT kvantové tečky
SEM skenovací (rastrovací) elektronová mikroskopie UHR vysokorozlišovací (ultra-high resolution) UV/VIS ultrafialové/viditelné světlo
13
1 Úvod
Detekování chemických látek je v dnešní době, kdy hrají důležitou roli ochrana životního prostředí a péče o lidské zdraví, ústředním tématem mnoha laboratorních pracovišť po celém světě (Chen et al., 2017). Elektrochemické, elektroforetické, spektroskopické, chromatografické a další metody, které jsou k těmto účelům používány, často vyžadují nákladné technické vybavení, relativně zdlouhavou přípravu vzorků a neumožňují testování in-situ. Technologické zjednodušení a překonání zmíněných nesnází přináší detekční systémy založené na barevných (Wen et al., 2016) a jiných fyzikálně-chemických změnách (García-Berríos et al., 2010).
Velká pozornost je v tomto ohledu věnována kovovým nanočásticím, především zlatým a stříbrným (Wang et al., 2010; Yeh et al., 2012; Yue et al., 2016). Jejich vlastnosti (zejména optické) závisí na tvaru, velikosti a stavu částic, proto se s výhodou využívají jako senzory přítomnosti různých sloučenin, obvykle ve vodném prostředí. Nanočástice je možné aplikovat přímo v místě zájmu, jejich odezva je patrná často okamžitě a lze ji pozorovat pouhým okem.
V teoretické části práce jsou popsány chemické senzorové systémy, které jsou založeny právě na nanočásticích drahých kovů. Ty mohou díky svým vlastnostem fungovat jako senzory sami o sobě (Lee et al., 2008), ale daleko častěji se funkcionalizují za účelem zvýšení selektivity a senzitivity vůči zvoleným chemickým sloučeninám (Wang et al., 2010; Yue et al., 2016). Blíže je věnována pozornost senzorům připraveným navázáním cyklodextrinů na nanočástice zlata a stříbra. Cyklodextriny se pro svou schopnost vytvářet inkluzní komplexy s řadou lipofilních látek používají v mnoha biotechnologických aplikacích (Crini, 2014). V práci jsou diskutovány vlastnosti, syntéza a praktická využití zmíněných detekčních systémů.
14
2 Teoretická část
2.1 Nanočástice
Nanočástice jsou tzv. 0D nanomateriály, tzn. materiály, jejichž všechny tři rozměry spadají podle definice do rozmezí od 1 do 100 nm. Mají nejčastěji kulovitý nebo tyčinkovitý tvar a v závislosti na fyzikálně-chemických vlastnostech prostředí se vyskytují v izolované nebo agregované, resp. aglomerované formě. Vlivem malých rozměrů u NČ často pozorujeme kvantové a další jevy odlišné od těch, které lze pozorovat u makroskopického materiálu. Velký měrný povrch částic může znamenat jejich vyšší reaktivitu, schopnost pronikat buněčnými membránami anebo vyšší biochemickou aktivitu. (Dubchak et al., 2010).
NČ se přirozeně vyskytují snad ve všech zemských sférách. Typickými příklady jsou sopečný dým, koloidy v hydrosféře, organismy využívající, příp. produkující NČ (např.
magnetotaktické bakterie) aj. Díky pokroku ve výzkumu a znalosti analytických metod je možné připravovat a pozorovat NČ různé velikosti, tvaru a chemického složení. To přináší na jedné straně obrovskou škálu potenciálních aplikací těchto materiálů, na druhou stranu nevyhnutelný dopad na životní prostředí. Vzhledem k unikátním vlastnostem nanostruktur se jejich toxicita stanovuje nesnadno a často je potřeba testovat každou látku zvlášť. I proto je k dispozici stále nedostatek ucelených informací o vlivu antropogenních NČ na životní prostředí a lidské zdraví (Kamali et al., 2016).
2.1.1 Příprava nanočástic
Nanočástice, resp. nanomateriály obecně je možné připravit tzv. metodami „bottom-up“
a „top-down“. Jak překlad těchto slov naznačuje, jedná se o postupy založené na vytváření větších struktur reakcemi atomů a molekul (bottom-up) resp. vznik materiálů v nanorozměrech cestou od mikrostruktur (top-down). Toto rozdělení koresponduje s přípravou nanočástic metodami chemickými a fyzikálními. Využívá se i biosyntetických postupů, které jsou šetrnější k životnímu prostředí. Každá z uvedených metod má své výhody i nevýhody s ohledem na cenu, potencionální výtěžek, velikost a tvar částic a jejich distribuci. Přehled používaných syntetických postupů se zaměřením na biosyntézu lze najít v literatuře (Thunugunta et al., 2015).
15
2.1.2 Kovové nanočástice
Kovové NČ jsou díky svým jedinečným optickým, elektronickým, magnetickým a katalytickým vlastnostem hojně testovány a využívány v odpovídajících oblastech průmyslu (Oyama, 2010). Jednu z klíčových rolí hrají optické vlastnosti NČ ušlechtilých kovů (zlata, stříbra aj.), díky kterým mohou být využívány mj. jako senzory chemických látek. Při interakci světla a kovové NČ dochází k lokalizované povrchové plazmonové rezonanci. Plazmony jsou koherentní oscilace elektronů vodivostního pásu dané látky, které mají schopnost silně absorbovat a rozptylovat světlo (mají vysoký koeficient extinkce), a tím způsobují velké lokální zvětšení elektromagnetického pole.
Toho se využívá například ve spektroskopických a mikroskopických metodách ke zvýšení síly signálu a rozlišení, nebo k manipulaci s optickým signálem (Pelton et al., 2008).
2.1.3 Zlaté nanočástice
Zlaté nanočástice představují důležitou součást teranostiky (vědy, spojující terapii a diagnostiku) a dalších biomedicínských a bionanotechnologických aplikací. Kupříkladu splňují novodobé předpoklady pro senzory chemických látek, neboť krom výše uvedených důvodů je lze relativně levně a jednoduše připravit ve stabilizované a biokompatibilní formě (funkcionalizací vhodnými ligandy). Hned několik detekčních metod využívá specifických optických vlastností Au-NČ, které jsou závislé na jejich velikosti. Jedná se například o absorpci světla ve viditelné oblasti, schopnost povrchového zvýšení Ramanova rozptylu či vysoce účinné zhášení fluorescence. Díky velkému měrnému povrchu mohou zlaté NČ imobilizovat mnoho látek, které jsou následně využívány při interakcích s různými analyty, a vykazovat tak vysokou senzitivitu. Toho se s výhodou využívá například v imunologii při tvorbě komplexu protilátky a antigenu imobilizovaného na povrchu nanočástic (Yue et al., 2016; Fang et al., 2017).
Au-NČ se připravují několika metodami podle požadavků na velikost, tvar a povrchovou funkcionalizaci. Velmi rozšířená je redukce kyseliny tetrachlorzlatité, resp.
její soli, citrátem sodným (viz obr. 1), který zároveň slouží jako stabilizátor (Turkevich et al., 1951). K redukci zlatitých iontů se používá řada dalších chemických činidel,
16
ozařování nebo i živých organismů (Azzazy et al., 2012). Připravené NČ lze dále funkcionalizovat za účelem získání vhodných vlastností pro konkrétní aplikace.
Využívá se při tom elektrostatických sil, specifických afinitních interakcí anebo kovalentních vazeb, zpravidla přes thiolovou vazbu (Azzazy et al., 2012). Syntetizované částice mohou být charakterizovány pomocí UV/VIS spektroskopie, rentgenové difrakce nebo elektronovými mikroskopy (Daniel and Astruc, 2004).
Obrázek 1: Schéma vzniku Au-NČ redukcí citrátem.
2.1.4 Stříbrné nanočástice
Stříbrné nanočástice jsou používány z obdobných důvodů jako jejich analogy z ušlechtilejších kovů. Mají vyšší extinkční koeficient než zlaté NČ stejné velikosti, avšak z důvodu snadné oxidace jejich povrchu a časté degradace při funkcionalizaci není jejich použití jako senzorů zatím více rozšířené (Wang et al., 2010). Zásadním rozdílem od zlatých NČ jsou jejich antimikrobiální vlastnosti bez toxických účinků.
Rozšířené začínají být rovněž v elektrotechnickém průmyslu, kde se využívá jejich vysoké elektrické vodivosti nebo slinovací schopnosti v elektrických obvodech s vysokou hustotou integrace. Ag-NČ různých charakteristik lze připravit řadou metod publikovaných např. Natsukim (2015).
2.1.5 Zlato-stříbrné bimetalické nanočástice
Au-Ag bimetalické nanočástice poskytují na rozdíl od monometalických NČ silnější, širší a podle zastoupení jednotlivých kovů laditelné absorpční pásy ve viditelné a blízké infračervené oblasti a mají tak některé vlastnosti, které jsou nedosažitelné u samotných zlatých, resp. stříbrných nanočástic. Připravují se často jako NČ s homogenní Au-Ag strukturou (Shah, 2012) anebo jako NČ typu jádro plášť (Boote et al., 2014). Syntéza je obvykle vícekroková a vyžaduje použití vhodných surfaktantů.
17
Obrázek 2: Struktura β-cyklodextrinu.
2.2 Cyklodextriny
Cyklodextriny jsou cyklické oligosacharidy tvořené pěti a více jednotkami -D- glukopyranosy spojených vzájemně α(1→4) glykosidickými vazbami. S rostoucím počtem těchto jednotek se nazývají po řadě pre-α-CD (pouze syntetický), α-CD, β-CD atd. (obr. 2).
Cyklodextriny se poprvé podařilo izolovat na konci 19. století jako produkt degradace škrobu vlivem mikroorganismů (Villiers, 1891). Ve dvacátém století se pak jejich studiem zabýval Schardinger (1905) a další skupiny vědců, kteří postupně odkrývali fyzikálně-chemické vlastnosti cyklodextrinů a jejich schopnost tvořit inkluzní komplexy (Szejtli, 1998).
Cyklodextriny nacházejí praktické uplatnění v mnoha oblastech lidské činnosti, přispívá k tomu kromě jejich jedinečných vlastností také relativně snadná a levná příprava.
Novinky za světa CD jsou každé dva roky prezentovány na konferenci Evropské cyklodextrinové společnosti, ta příští se koná již letos v říjnu v Lisabonu (https://www.eurocd2017.lisbonph-events.pt).
18
2.2.1 Vlastnosti cyklodextrinů
Cyklodextriny jsou stálé bílé krystalické látky, jejichž chemická struktura připomíná tvar dutého komolého kužele (obr. 3). Jeho užší okraj je tvořen primárními OH skupinami (na uhlících C-6), jeho širší okraj je tvořen sekundárními OH skupinami (na uhlících C-2, C-3). Velké množství hydroxylových skupin zajišťuje značnou afinitu CD k vodě, ale zároveň umožňuje tvorbu vodíkových můstků a znesnadňuje tak v případě β-CD jeho rozpustnost. Naopak kavita CD je vlivem přítomných vodíkových atomů a kyslíkových můstků lipofilní. Její velikost je u nejběžnějšího homologu, β-CD, který má 7 glukózových jednotek, 6 Å na primárním, resp. 6,4Å na sekundární okraji (Easton and Lincoln, 1999).
Obrázek 3: Tvar cyklodextrinu.
Zmíněné vlastnosti předurčují CD ke komplexaci hydrofobních látek (viz obr. 4), čímž zpravidla dochází ke zvýšení stability a rozpustnosti těchto látek ve vodě. Hlavními faktory ovlivňujícími vznik a sílu komplexu charakterizovanou komplexační konstantou jsou sterická shoda dané látky s kavitou CD a dostupnost vzájemných nevazebných interakcí (Szejtli, 1998; Kurkov and Loftsson, 2013).
Obrázek 4: Schéma tvorby inkluzního komplexu.
19
2.2.2 Výroba a využití cyklodextrinů
Cyklodextriny se vyrábí enzymatickou degradací škrobu pomocí cyklomaltodextrin glukanotransferázy, k jejíž produkci se s výhodou využívají bakterie jako např. Bacillus macerans. Výsledkem degradace a následného spojení intermediátů do cyklického uspořádání je směs CD, které lze separovat chromatograficky. K upřednostnění vybraného CD se používají komplexační činidla (Szejtli, 1998).
Cyklodextriny a jejich komplexační schopnosti se využívají v celé řadě aplikací, například fungují jako činidla pro zvýšení rozpustnosti ve vodě nebo zamaskování nežádoucích zápachů látek v kosmetickém a potravinářském průmyslu (Buschmann and Schollmeyer, 2002; Cravotto et al., 2006). Významnou roli mají CD i v medicíně, konkrétně při cíleném transportu léčiv (Challa et al., 2005). Pro mnoho biotechnologických aplikací lze využít magnetické (Kalát, 2015) i nemagnetické nanočástice funkcionalizované cyklodextriny (např. viz kapitola 2.3.1). V neposlední řadě se CD využívají jako chirální selektory v chromatografických a elektroforetických technikách (Lu and Chen, 2011).
2.2.3 Deriváty cyklodextrinů
Již v minulém století byly známy stovky derivátů cyklodextrinů, syntetizovaných za účelem vylepšení vlastností nativních CD. Vzhledem k množství potenciálně substituovatelných OH skupin lze připravit nespočet derivátů, ale zdaleka ne všechny mají smysluplné využití anebo je jejich příprava cenově náročná (Szejtli, 1998).
Deriváty CD lze obecně rozdělit na monosubstituované, persubstituované a několikanásobně náhodně nebo cíleně substituované (Řezanka et al., 2014). Často se k modifikaci CD využívá elektrofilní substituce na kyslíku hydroxylové skupiny, ale možný je i nukleofilní atak vazby C-OH. Mj. z důvodu lepší sterické dostupnosti se snadněji nahrazují primární OH skupiny. Přehled o prakticky využívaných monoderivátech CD lze najít v literatuře (Řezanka, 2016).
2.3 Senzorové systémy
Detekování chemických látek hraje důležitou roli v biomedicíně, mnoha odvětvích průmyslu, vojenství a dalších oblastech. Využívají se senzory založené na specifických
20
interakcích, fyzisorpci, chemisorpci aj., které signalizují přítomnost určitého analytu na základě změny optických, elektrochemických, imunologických a dalších vlastností. Jsou popsány systémy založené na nanostrukturách, jako jsou uhlíkové trubičky, grafen, fulereny, nanočástice, kvantové tečky ad. (viz obr. 5). Rozsáhlé studie o senzorových systémech lze najít v literatuře (Dickert et al., 2003; Shtykov and Rusanova, 2008;
Vlasov et al., 2010). Zde bude věnována pozornost pouze senzorům založených na nanočásticích chemicky modifikovaných cyklodextriny.
2.3.1 Senzory založené na nanočásticích funkcionalizovaných CD
Detekční systémy založené na nanočásticích funkionalizovaných cyklodextriny zpravidla fungují jako kolorimetrické senzory. Jejich hlavní výhodou je technická, finanční i časová nenáročnost a selektivita vůči analytům. Princip detekce spočívá obvykle ve vytvoření inkluzního komplexu mezi analyty a CD, ale nemusí tomu tak být vždy (Ma et al., 2016). Odezvu senzoru je možné pozorovat pouhým okem, příp.
jednoduchým UV/VIS spektrometrem. Konkrétní příklady použití senzorů tohoto typu jsou popsány níže.
Wen a kol. detekovali životně důležitý neurotransmiter dopamin s citlivostí 20 nM, která je dostačující pro stanovení jeho koncentrace v tělních tekutinách (2016).
Obrázek 5: Typy základních struktur senzorů pro detekci melaminu. Převzato (Li et al., 2014), upraveno.
21
Množství dopaminu přímo ovlivňuje velikost vznikajících agregátů, která odpovídá různému zabarvení roztoku (viz obr. 6). Na vznik agregátu má kromě komplexace vliv i specifická afinita dopaminu ke Au-NČ.
Dále byl připraven senzor pro stanovení stopového množství olovnatých iontů (s citlivostí 20 µM) využívající chelatační schopnosti deprotonovaných sekundárních OH skupin CD (Aswathy et al., 2012). Detekce vyžaduje zásadité pH, při kterém působí primární OH skupiny CD jako redukční činidlo kyseliny tetrachlorzlatité, samy se oxidují na karboxylové anionty a v této formě stabilizují vznikající Au-NČ. Senzor je vysoce selektivní, tzn. nereaguje na další potenciálně interferující kovové ionty.
Chen a kol. využili k přípravě senzorů schopnost cyklodextrinu odlišit isomery aromatických látek (2010). Ag-NČ byly funkcionalizovány β-CD přes thiolovou vazbu.
Ve vodném roztoku nanočástic se v přítomnosti jednotlivých izomerů dihydroxybenzenu a fenylendiaminu tvořili různě velké agregáty, které vyústily ve změnu zabarvení roztoku (viz obr. 7). U fenylendiaminu lze pozorovat větší rozdíly v zabarvení oproti dihydroxybenzenu, neboť krom již zmíněné komplexace dochází i
Au nanořetízky
Au nanosíť β-CD-Au-NČ
Au-NČ β-CD DA
DA
Obrázek 6: Schéma vzniku odlišně velkých agregátů v závislosti na rostoucí koncentraci dopaminu. Převzato(Wen et al., 2016), upraveno.
22
k silným Coulombovým interakcím mezi Ag-NČ a aminoskupinami. Detekční limit pro rozeznání jednotlivých izomerů byl stanoven na 5۰10-5 M.
Obrázek 7: Roztoky β-CD-Ag-NČ před (a,i; b,i) a po 2 h míchání s aromatickými izomery (10-4 M) – fenol (a, ii), pyrokatechol (a, iii), hydrochinon (a, iv), resorcinol (a, v), anilin (b, ii), o-fenylen- -diamin (a, iii), p-fenylendiamin (a, iv), m-fenylendiamin (b, v). Převzato z (Chen et al., 2010).
Obdobný senzorový systém byl využit také k enantioselektivní detekci vybraných aromatických α-aminokyselin (Liu et al., 2016). Bylo prokázáno, že vždy pouze jeden z enantiomerů způsobí agregaci nanočástic a z té plynoucí barevnou změnu roztoku.
K agregaci docházelo po vytvoření inkluzního komplexu mezi aromatickou částí aminoskupiny a kavitou CD, a následnou interakcí mezi amonnými a karboxylovými ionty dvou molekul aminokyselin přítomných v roztoku.
Jak dokazují předchozí řádky, detekční systémy kombinující výhody kolorimetrie a rozpoznávání látek na bázi supramolekulárních interakcí mají velký potenciál v reálných aplikacích. Jedné z dalších se věnuje experimentální část této práce.
23
3 Experimentální část
Výchozí látky a rozpouštědla byly zakoupeny od běžných dodavatelů. Při filtracích byla použita frita S4, s velikostí pórů 5-15 μm a membránová vývěva.
1H NMR spektra byla měřena na přístroji Varian Gemini 300 HC při pracovní frekvenci 300 MHz a vzorky jednotlivých produktů byly pro měření rozpuštěny v deuterovaných rozpouštědlech. Snímky nanočástic a jejich EDX charakterizace byla provedena na přístroji UHR FE-SEM Carl Zeiss ULTRA Plus při 10 kV.
3.1 Příprava per-6-deoxy-per-6-iodo-β-CD
Syntéza per-6-deoxy-per-6-iodo-β-CD byla provedena podle postupu uvedeného v literatuře (Ashton, 1996). β-CD byl šest hodin sušen při 80 °C na olejové vakuové pumpě. Trifenylfosfin (20,07 g, 77 mmol) byl rozpuštěn v dimethylformamidu (80 ml) a do vzniklého roztoku byl přidán jód (20,30 g, 80 mmol). Následně byl přidán vysušený β-CD (5,30 g, 5 mmol) a roztok byl míchán 18 hodin při 70 °C pod argonovou atmosférou. Následně byla odpařena polovina rozpouštědla na rotační vakuové odparce a byl přidán předem připravený 3M roztok methanolátu sodného (30 ml). Směs byla míchána 30 minut při pokojové teplotě a nalita do 400 ml methanolu pro vysrážení produktu. Ten byl následně odfiltrován a třikrát triturován v 50 ml methanolu. Byl získán bílý produkt (7,47 g, výtěžek 84 %). Naměřená 1H NMR data se shodují s uvedenou literaturou (Ashton, 1996).
3.2 Příprava per-6-deoxy-per-6-thio-β-CD
Syntéza per-6-deoxy-per-6-thio-β-CD byla provedena postupem uvedeným v literatuře (Chen et al., 2010) s upravenou metodou izolace produktu. Per-6-deoxy-per-6-iodo- β-CD (1,93 g, 1 mmol) byl rozpuštěn v dimethylformamidu (20 ml), do roztoku byla přidána thiomočovina (0,60 g, 8 mmol) a vše bylo mícháno 18 hodin při 70 °C pod argonovou atmosférou. Po odpaření rozpouštědla byla nažloutlá olejovitá kapalina rozpuštěna ve 100 ml vody, k roztoku byl přidán hydroxid sodný (0,52 g, 13 mmol) a vše bylo 1 hodinu refluxováno pod argonovou atmosférou. Po zchladnutí byl ke směsi přidán vodný roztok KHSO4 (2,41 g ve 20 ml vody) a produkt oddělen centrifugací (5 minut, 10000 ot./min). Následně byl k produktu dispergovaném v 50 ml vody přidán
24
hydroxid draselný (0,60 g, 11 mmol) a znovu vodný roztok KHSO4 (2 g ve 20 ml vody).
Produkt byl oddělen centrifugací (5 minut, 10000 ot./min) a vysušen. Byl získán bílý prášek (1,24 g, výtěžek 98 %). Naměřená 1H NMR data se shodují s uvedenou literaturou (Chen et al., 2010).
3.3 Příprava zlatých nanočástic
Syntéza byla provedena podle literatury (Turkevich et al., 1951). Voda (240 ml) byla přivedena k varu a po přidání vodného roztok K[AuCl4] (25 mg, 0,07 mmol, v 10 ml vody) a vodného roztoku citrátu sodného (63 mg, 0,24 mmol, v 10 ml vody) byl roztok 10 minut refluxován. Během této doby bylo pozorováno zbarvení slabě žlutého roztoku na tmavě červený v důsledku vzniku nanočástic.
3.4 Příprava stříbrných nanočástic
3.4.1 Příprava stříbrných nanočástic redukcí citrátem
Syntéza byla inspirována literaturou (Turkevich et al., 1951). Voda (250 ml) byla přivedena k varu a po přidání vodného roztoku AgNO3 (70 mg, 0,4 mmol, v 7,5 ml vody) a vodného roztoku citrátu sodného (50 mg, 0,2 mmol, v 8 ml vody) byl roztok 15 minut refluxován. Během této doby bylo pozorováno zbarvení roztoku do šedohnědé barvy v důsledku vzniku nanočástic.
3.4.2 Příprava stříbrných nanočástic redukcí chelatonem III
Syntéza byla provedena podle literatury (Hutter and Fendler, 2002). Voda (385 ml) byla přivedena k varu a po přidání vodného roztoku chelatonu III (23 mg, 0,06 mmol, ve 2 ml vody), vodného roztoku NaOH (63 mg, 1,58 mmol ve 2 ml vody) a vodného roztok AgNO3 (70 mg, 0,41 mmol v 3,8 ml vody) byl roztok 15 minut refluxován.
Během této doby bylo pozorováno zbarvení roztoku do šedooranžové barvy v důsledku vzniku nanočástic.
3.5 Funkcionalizace Au a Ag nanočástic per 6-deoxy-per-6-thio-β-CD
Funkcionalizace nanočástic byla provedena podle literatury (Řezanka et al., 2011).
Per-6-deoxy-per-6-thio-β-CD (13 mg, 10 µmol) byl rozpuštěn ve vodném roztoku NaOH (2 mg, 50 µmol, v 5 ml vody, pH 12) a byl přidán k připravenému roztoku
25
nanočástic (95 ml). Směs byla homogenizována v ultrazvukové lázni (5 minut) a nanočástice následně byly separovány centrifugací (10 minut, 10000 ot./min) a dvakrát promyty vodou (á 80 ml).
3.6 Testování odezvy nanočástic funkcionalizovaných per-6-deoxy- per-6-thio-β-CD na biologicky aktivní látky
Roztoky vybraných biologicky aktivních látek uvedených v tabulce 1 (0,4 mg v 0,2 ml vody) byly po řadě přidány k roztokům připravených funkcionalizovaných nanočástic (1 ml). Směsi byly homogenizovány třepáním (10 sekund) a ponechány 24 h při laboratorní teplotě. Během této doby docházelo u některých vzorků k postupné sedimentaci částic, a tím k odbarvení roztoků.
26
4 Výsledky a diskuse
4.1 Příprava persubstituovaných derivátů cyklodextrinů
Za účelem navázání cyklodextrinů na kovové nanočástice byly syntetizovány tři typy per-6-deoxy-per-6-thio-CD umožňující navázaní na nanočástice dativní vazbou síra- kov. Tyto deriváty CD byly připraveny přes meziprodukt per-6-deoxy-per-6-iodo-CD.
Oproti postupu uvedenému v literatuře (Chen et al., 2010) byla pro separaci látky v posledním kroku syntézy namísto filtrace na fritě použita centrifugace. Bylo ověřeno, že tímto způsobem lze získat čistší produkt a téměř v kvantitativním výtěžku.
Pro syntézu byly použity tři základní typy CD (α, β, γ) a ve všech případech bylo postupováno stejně jako je uvedeno v experimentální části pro β-CD (viz obr.8).
Zopakování stejného postupu u všech zmíněných CD umožňuje přítomnost stejného počtu substituovaných hydroxylových skupin na hmotnostní jednotku CD. Naměřená
1H NMR data výsledných produktů se však i přes opakovanou syntézu pouze pro β-CD shodují s literaturou (Benkhaled et al., 2008). Možných příčin je hned několik, například nedostatečně vysušený CD před úvodním krokem syntézy nebo nedodržení inertních podmínek v některém ze syntetických kroků. V dalších experimentech byl proto použit pouze per-6-deoxy-per-6-thio-β-CD.
Obrázek 8: Schéma reakce pro přípravu per 6-deoxy-per-6-iodo-, resp. per 6-deoxy- per-6-thio-β-CD.
27
4.2 Zlaté a stříbrné nanočástice
Nanočástice byly připraveny s využitím postupů známých z literatury (Turkevich et al., 1951; Hutter and Fendler, 2002) a během praktické části této práce byly syntetizovány hned několikrát ať již z důvodu spotřeby anebo jejich relativně rychlé degradace (stálé jsou přibližně 1-2 měsíce při 7 °C). Při přípravě stříbrných nanočástic byly využity dva postupy – výchozí dusičnan stříbrný byl redukován v jednom případě citrátem sodným a v druhém případě chelatonem III. Pravidelnější tvar s užší distribucí velikostí NČ byl získán postupem s redukcí chelatonem III. V případě zlata byly získány nanočástice o průměru přibližně 15 nm, u stříbrných NČ byla pozorována širší distribuce velikostí v intervalu 30-80 nm při redukci chelatonem a v intervalu 50-200 nm při redukci citrátem. Připravené nanočástice byly pozorovány na SEM (viz obr. 9). Před každou přípravou nanočástic byla aparatura z důvodu odstranění veškerých zbytkových kovových částic, které by mohly narušit syntézu, promyta lučavkou královskou (3:1 HCl/HNO3) a destilovanou vodou.
Obrázek 9: Snímky ze SEM: a) Ag-NČ redukované chelatonem III, b) Ag-NČ redukované citrátem, c) Au-NČ redukované citrátem.
28
4.3 Funkcionalizace nanočástic per-6-deoxy-per-6-thio-β-CD
Funkcionalizace nanočástic byla provedena pouhým smícháním roztoků per-6-deoxy- per-6-thio-β-CD a nanočástic a následnou homogenizací směsi v ultrazvukové lázni. Za účelem získání roztoku obsahujícího pouze funkcionalizované nanočástice byly nanočástice separovány centrifugací, dispergovány ve vodě s pomocí ultrazvukové lázně a tento postup byl dvakrát zopakován. První separace proběhla kvantitativně, při dalších byly patrné zbytkové NČ v roztoku. Po funkcionalizaci bylo možné pozorovat barevnou změnu (ztmavnutí) roztoku nanočástic. Ukázalo se, že stříbrné nanočástice po funkcionalizaci rychle sedimentují (v řádu několika hodin), tím pádem nejsou vhodné k použití jako senzory biologicky aktivních látek. Proto byly pro následné testování použity pouze funkcionalizované zlaté nanočástice. Navázání per-6-deoxy-per-6-thio- β-CD na nanočástice bylo ověřeno pomocí chemické analýzy EDX. Pomocí Ramanovy ani infračervené spektroskopie se z důvodu nestability látky v laserovém paprsku, resp.
malé koncentrace CD nepodařilo navázání prokázat.
4.4 Testy odezvy senzorů (nanočástic funkcionalizovaných per-6-deoxy-per-6-thio-β-CD) na biologicky aktivní látky
Senzory použité v této práci jsou založeny především na vzniku inkluzního komplexu mezi lipofilní kavitou cyklodextrinu a vhodných funkčních skupin biologicky aktivních látek. Tím může dojít k propojení jednotlivých funkcionalizovaných nanočástic (agregaci) a odezvě senzoru v podobě sedimentace nanočástic (viz obr. 10).
Obrázek 10: Schéma principu senzorového systému založeného na CD funkcionalizovaných NČ.
29
Obrázek 11: Odezva Au-NČ na biologicky aktivní látky.
Testování odezvy senzorů bylo zahájeno pipetováním vodných roztoků biologicky aktivních látek (viz tabulka 1) k roztoku funkcionalizovaných nanočástic a jejich pozorováním po dobu 24 hodin. U látek, které v připravené koncentraci nebyly rozpustné ve vodě, byly odpipetovány nasycené roztoky nad nerozpuštěným, centrifugací separovaným, sedimentem. Na rozdíl od samotných zlatých nanočástic, které reagují na změnu iontové síly roztoku (např. na přidání chloridu sodného) změnou barvy do modré, nebo až téměř úplným odbarvením, na funkcionalizované nanočástice nemá změna iontové síly roztoku pozorovatelný vliv. To bylo ověřeno pomocí UV/VIS spektroskopie. Absorbance všech připravených roztoků funkcionalizovaných NČ s bio- logicky aktivními látkami byla shodná. Uvedený fakt výrazně rozšiřuje aplikační mo- žnosti těchto senzorů. Reálné roztoky v přírodě mají různou iontovou sílu, avšak jejich analytické stanovení pomocí nanočástic funkcionalizovaných CD to nijak neovlivní.
Po 24 hodinách došlo u některých roztoků k sedimentaci funkcionalizovaných nanočástic (viz obr. 11). Výsledky testování systémů pro detekci biologicky aktivních
30
látek, seznam těchto látek a jejich struktura jsou přehledně uspořádány níže v tabulce 1.
Důvod sedimentace je připisován především interakci lipofilní kavity CD a lipofilní části dané biologicky aktivní látky přítomné v roztoku. K sedimentaci docházelo pouze v případě přítomnosti a sterické dostupnosti dvou a více takovýchto lipofilních částí na jedné sloučenině. Jen v tom případě mohlo dojít k vytvoření síťovité struktury a sedimentaci částic (viz schéma 1 a 2). Určitý vliv mohla mít také interakce látek s kovovými nanočásticemi, jak je blíže zmíněno v teoretické části.
U látek způsobujících sedimentaci funkcionalizovaných nanočástic byla otestována rovněž odezva pro jejich desetinovou, setinovou, resp. tisícinovou koncentraci. Nejlepší citlivosti bylo dosaženo u Diperodonu, u kterého byla detekována koncentrace přibližně 0,8 mM (viz obr. 12).
Obrázek 12: Testování odezvy senzoru na Diperodon o desetinové, setinové, resp. tisícinové koncentraci oproti standardu.
31 Tabulka 1: Výsledky testování senzorů a přehled použitých biologicky aktivních látek
Biologicky aktivní látka Vzorec MW Rozp. v H2O
(2 mg/ml)
Sediment (3 h)
Sediment (24 h)
1 N-(3,5-dinitrobenzoyl)-D-α-fenylglycin 345,26 NE NE NE
2 (±)-Baklofen 213,66 ANO NE NE
3 Mefloquin hydrochlorid 414,77 NE ČÁSTEČNĚ ANO
4 Vínan metoprololia 684,81 ANO ANO ANO
5 Disopyramid 339,47 NE NE NE
6 Chlorochin difosfát 515,86 NE ČÁSTEČNĚ ANO
32
7 Z-D,L-Leucin 265,30 NE NE ANO
8 Oxyfenonium bromid 428,40 ANO NE NE
9 1-(4-chlor-α-fenylbenyzyl)hexahydro-4-methyl-1H-
1,4-diazepin 314,86 ANO NE NE
10 Primaquin bisfosfát 455,34 ANO NE NE
11 Paraquat dichlorid (hydrát) 257,16 ANO ČÁSTEČNĚ ANO
12 N-(3,5-Dinitrobenzoyl)-L-α-fenylglycin 345,26 NE NE NE
13 Diperodon hydrochlorid 433,93 ANO ČÁSTEČNĚ ANO
33
Obrázek 13: Látky způsobující sedimentaci funkcionalizovaných nanočástic, znázornění vzniklých inkluzních komplexů.
34
Obrázek 14: Látky, které nezpůsobují sedimentaci funkcionalizovaných nanočástic, znázornění příčiny.
4.5 Testy odezvy senzorů (nanočástic funkcionalizovaných per-6-deoxy-per-6-thio-β-CD) na bakterie a další biologicky aktivní látky
Dále byla testována odezva připravených senzorů na vybrané bakterie s obsahem 107, resp. 106 kolonií. Konkrétně se jednalo o druhy Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa a Streptococcus aureus. Po 24 hodinách došlo k sedimentaci senzorů (viz
35
obr. 13) při použití vyšší koncentrace prvních dvou zmíněných bakteriálních kmenů. Ty mají od streptokoka odlišné složení buněčné stěny (jsou tzv. gramnegativní) a mají tyčinkovitý tvar (streptokok má tvar kulovitý), takže umožňují vznik obdobné síťovité struktury jako v případě některých biologicky aktivních látek.
Byla testována také odezva senzorů na vybrané hormony obsažené v komerčně dostupných antikoncepcích (Artizia, Verezana). Pravděpodobně vlivem nízké koncentrace hormonů, a naopak velkého množství doprovodného materiálu nebyla pozorována žádná reakce.
Obrázek 15: Roztoky Au-CD (2-3 ml) s bakteriemi, 107, resp. 106 kolonií, zleva E. coli, P.
aeruginosa, S. aureus.
36
5 Závěr
Teoretická část této diplomové práce se zabývá nanočásticemi především ušlechtilých kovů, jejich vlastnostmi, přípravou a využitím v biotechnologických aplikacích. Dále je zaměřena na cyklodextriny a jejich význam ve vědě i běžném životě. Pozornost je věnována i senzorovým systémům, zejména pak těm, které jsou založeny na nanočásticích zlata a stříbra funkcionalizovaných cyklodextriny.
Při vypracování praktické části práce byly syntetizovány dva vybrané persubstituované deriváty pro každý z nejběžnějších homologů CD – α, β, γ. Při syntéze se podařilo získat úpravou publikovaného postupu derivát CD s vyšší čistotou a ve vyšším výtěžku než udává literatura. Dále byly připraveny roztoky nanočástic zlata a stříbra s využitím redukčních činidel citrátu a chelatonu III. Per-6-deoxy-per-6-thio-β-CD byl použit na funkcionalizaci uvedených nanočástic a tento senzorový systém byl otestován k detekci 13 vybraných biologicky aktivních látek, třech druhů bakterií a některých hormonů. Byla předložena teorie dokládající selektivitu cyklodextrinem modifikovaných NČ vůči některým těmto látkám a mikroorganismům.
V současné době je výzkum v oblasti senzorových systémů založených na nanočásticích funkcionalizovaných cyklodextriny i nadále důležitým tématem mnoha laboratoří po celém světě. Snaha je především o zvýšení selektivity a senzitivity senzorů vhodnou modifikací cyklodextrinů a v případě medicínských aplikací přiblížení se klinické praxi.
Věřím, že tato práce posunula bádání v této oblasti opět o kus vpřed.
37
Seznam literatury
A. Villiers. Sur La Fermentation de La Fécule Par L’action Du Ferment Butyrique. C. r.
Académie Sci. 1891, No. 112, 536–538.
Ashton. Amino Acid Derivatives of β-Cyclodextrin. J. Org. Chem. 1996, 61 (3), 903–
908.
Aswathy, B.; Avadhani, G. S.; Suji, S.; Sony, G. Synthesis of β-Cyclodextrin
Functionalized Gold Nanoparticles for the Selective Detection of Pb2+ Ions from Aqueous Solution. Front. Mater. Sci. 2012, 6 (2), 168–175.
Azzazy, H. M. E.; Mansour, M. M. H.; Samir, T. M.; Franco, R. Gold Nanoparticles in the Clinical Laboratory: Principles of Preparation and Applications. Clin. Chem.
Lab. Med. 2012, 50 (2).
Benkhaled, A.; Cheradame, H.; Fichet, O.; Teyssié, D.; Buchmann, W.; Guégan, P.
Synthesis and Characterization of Amphiphilic per-(6-Thio-2,3-
Trimethylsilyl)cyclodextrin: Application to Langmuir Film Formation. Carbohydr.
Polym. 2008, 73 (3), 482–489.
Boote, B. W.; Byun, H.; Kim, J.-H. Silver–Gold Bimetallic Nanoparticles and Their Applications as Optical Materials. J. Nanosci. Nanotechnol. 2014, 14 (2), 1563–
1577.
Buschmann, H.-J.; Schollmeyer, E. Applications of Cyclodextrins in Cosmetic Products: A Review. J. Cosmet. Sci. 2002, 53 (3), 185–191.
Challa, R.; Ahuja, A.; Ali, J.; Khar, R. K. Cyclodextrins in Drug Delivery: An Updated Review. AAPS PharmSciTech 2005, 6 (2), E329–E357.
Chen, X.; Parker, S. G.; Zou, G.; Su, W.; Zhang, Q. β-Cyclodextrin-Functionalized Silver Nanoparticles for the Naked Eye Detection of Aromatic Isomers. ACS Nano 2010, 4 (11), 6387–6394.
Chen, Y.; Xianyu, Y.; Jiang, X. Surface Modification of Gold Nanoparticles with Small Molecules for Biochemical Analysis. Acc. Chem. Res. 2017, 50 (2), 310–319.
Cravotto, G.; Binello, A.; Baranelli, E.; Carraro, P.; Trotta, F. Cyclodextrins as Food Additives and in Food Processing. Curr. Nutr. Food Sci. 2006, 2 (4), 343–350.
Crini, G. Review: A History of Cyclodextrins. Chem. Rev. 2014, 114 (21), 10940–
10975.
Daniel, M.-C.; Astruc, D. Gold Nanoparticles: Assembly, Supramolecular Chemistry, Quantum-Size-Related Properties, and Applications toward Biology, Catalysis, and Nanotechnology. Chem. Rev. 2004, 104 (1), 293–346.
Dickert, F. L.; Lieberzeit, P.; Hayden, O. Sensor Strategies for Microorganism Detection - from Physical Principles to Imprinting Procedures. Anal. Bioanal.
Chem. 2003, 377 (3), 540–549.
Dubchak, S.; Ogar, A.; Mietelski, J. W.; Turnau, K. Influence of Silver and Titanium Nanoparticles on Arbuscular Mycorrhiza Colonization and Accumulation of Radiocaesium in Helianthus Annuus. Span. J. Agric. Res. 2010, 8 (S1), 103.
Easton, C. J.; Lincoln, S. F. Modified Cyclodextrins: Scaffolds and Templates for Supramolecular Chemistry; Imperial College Press, 1999.
Fang, C.; Dharmarajan, R.; Megharaj, M.; Naidu, R. Gold Nanoparticle-Based Optical Sensors for Selected Anionic Contaminants. Trends Anal. Chem. 2017, 86, 143–
154.
38
García-Berríos, E.; Gao, T.; Woodka, M. D.; Maldonado, S.; Brunschwig, B. S.;
Ellsworth, M. W.; Lewis, N. S. Response versus Chain Length of Alkanethiol- Capped Au Nanoparticle Chemiresistive Chemical Vapor Sensors. J. Phys. Chem.
C 2010, 114 (50), 21914–21920.
Hutter, E.; Fendler, J. H. Size Quantized Formation and Self-Assembly of Gold Encased Silver Nanoparticles. Chem. Commun. Camb. Engl. 2002, No. 4, 378–379.
Kalát, M. Syntéza derivátů cyklodextrinů vhodných pro navázání na magnetické nanočástice. Bakalářská práce, Technická Univerzita v Liberci, 2015.
Kamali et al. Review on Recent Advances in Environmental Remediation and Related Toxicity of Engineered Nanoparticles. Environ. Engeneering Manag. J. 2016, 15 (4), 923–934.
Kurkov, S. V.; Loftsson, T. Cyclodextrins. Int. J. Pharm. 2013, 453 (1), 167–180.
Lee, J. H.; Wang, Z.; Liu, J.; Lu, Y. Highly Sensitive and Selective Colorimetric Sensors for Uranyl (UO22+): Development and Comparison of Labeled and Label- Free DNAzyme-Gold Nanoparticle Systems. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (43), 14217–14226.
Liu, C.; Lian, J.; Liu, Q.; Xu, C.; Li, B. β-Cyclodextrin-Modified Silver Nanoparticles as Colorimetric Probes for the Direct Visual Enantioselective Recognition of Aromatic α-Amino Acids. Anal. Methods 2016, 8 (29), 5794–5800.
Lu, H.; Chen, G. Recent Advances of Enantioseparations in Capillary Electrophoresis and Capillary Electrochromatography. Anal. Methods 2011, 3 (3), 488.
Ma, Q.; Song, J.; Zhang, S.; Wang, M.; Guo, Y.; Dong, C. Colorimetric Detection of Riboflavin by Silver Nanoparticles Capped with β-Cyclodextrin-Grafted Citrate.
Colloids Surf. B Biointerfaces 2016, 148, 66–72.
Natsuki, J.; Natsuki, T.; Hashimoto, Y. A Review of Silver Nanoparticles: Synthesis Methods, Properties and Applications. Int. J. Mater. Sci. Appl. 2015, 4 (5), 325.
Oyama, M. Recent Nanoarchitectures in Metal Nanoparticle-Modified Electrodes for Electroanalysis. Anal. Sci. 2010, 26 (1), 1–12.
Pelton, M.; Aizpurua, J.; Bryant, G. Metal-Nanoparticle Plasmonics. Laser Photonics Rev. 2008, 2 (3), 136–159.
Řezanka, M. Monosubstituted Cyclodextrins as Precursors for Further Use:
Monosubstituted Cyclodextrins as Precursors for Further Use. Eur. J. Org. Chem.
2016, 2016 (32), 5322–5334.
Řezanka, P.; Navrátilová, K.; Žvátora, P.; Sýkora, D.; Matějka, P.; Mikšík, I.; Kašička, V.; Král, V. Cyclodextrin Modified Gold Nanoparticles-Based Open-Tubular Capillary Electrochromatographic Separations of Polyaromatic Hydrocarbons. J.
Nanoparticle Res. 2011, 13 (11), 5947–5957.
Řezanka, P.; Navrátilová, K.; Řezanka, M.; Král, V.; Sýkora, D. Application of Cyclodextrins in Chiral Capillary Electrophoresis: CE and CEC. Electrophoresis 2014, 35 (19), 2701–2721.
Schardinger F. Zentralbl Bakteriol Parasintenk 1905, No. 14, 772.
Shah A. Synthesis, Characterization and Applications of Bimetallic (Au-Ag, Au-Pt, Au- Ru) Alloy Nanoparticles. Rev Adv Mater Sci 2012 (30), 133–149.
Shtykov, S. N.; Rusanova, T. Y. Nanomaterials and Nanotechnologies in Chemical and Biochemical Sensors: Capabilities and Applications. Russ. J. Gen. Chem. 2008, 78 (12), 2521–2531.
39
Szejtli, J. Introduction and General Overview of Cyclodextrin Chemistry. Chem. Rev.
1998, 98 (5), 1743–1754.
Thunugunta, T.; Reddy, A. C.; Reddy D.C., L. Green Synthesis of Nanoparticles:
Current Prospectus. Nanotechnol. Rev. 2015, 4 (4).
Turkevich, J.; Stevenson, P. C.; Hillier, J. A Study of the Nucleation and Growth Processes in the Synthesis of Colloidal Gold. Discuss. Faraday Soc. 1951, 11 (0), 55–75.
Vlasov, Y. G.; Ermolenko, Y. E.; Legin, A. V.; Rudnitskaya, A. M.; Kolodnikov, V. V.
Chemical Sensors and Their Systems. J. Anal. Chem. 2010, 65 (9), 880–898.
Wang, C.; Luconi, M.; Masi, A.; Fernandez, L. Silver Nanoparticles as Optical Sensors.
In Silver Nanoparticles; Pozo, D., Ed.; InTech, 2010.
Wen, D.; Liu, W.; Herrmann, A.-K.; Haubold, D.; Holzschuh, M.; Simon, F.;
Eychmüller, A. Simple and Sensitive Colorimetric Detection of Dopamine Based on Assembly of Cyclodextrin-Modified Au Nanoparticles. Small 2016, 12 (18), 2439–2442.
Yeh, Y.-C.; Creran, B.; Rotello, V. M. Gold Nanoparticles: Preparation, Properties, and Applications in Bionanotechnology. Nanoscale 2012, 4 (6), 1871–1880.
Yue, G.; Su, S.; Li, N.; Shuai, M.; Lai, X.; Astruc, D.; Zhao, P. Gold Nanoparticles as Sensors in the Colorimetric and Fluorescence Detection of Chemical Warfare Agents. Coord. Chem. Rev. 2016, 311, 75–84.
40
Seznam obrázků
Obrázek 1: Schéma vzniku Au-NČ redukcí citrátem. ... 16
Obrázek 2: Struktura β-cyklodextrinu. ... 17
Obrázek 3: Tvar cyklodextrinu. ... 18
Obrázek 4: Schéma tvorby inkluzního komplexu. ... 18
Obrázek 5: Typy základních struktur senzorů pro detekci melaminu. Převzato (Li et al., 2014), upraveno. ... 20
Obrázek 6: Schéma vzniku odlišně velkých agregátů v závislosti na rostoucí koncentraci dopaminu. Převzato (Wen et al., 2016), upraveno. ... 21
Obrázek 7: Roztoky β-CD-Ag-NČ před (a,i; b,i) a po 2 h míchání s aromatickými izomery (10-4 M) – fenol (a, ii), pyrokatechol (a, iii), hydrochinon (a, iv), resorcinol (a, v), anilin (b, ii), o-fenylen--diamin (a, iii), p-fenylendiamin (a, iv), m-fenylendiamin (b, v). Převzato (Chen et al., 2010). ... 22
Obrázek 8: Schéma reakce pro přípravu per 6-deoxy-per-6-iodo-, resp. per 6-deoxy- per-6-thio-β-CD. ... 26
Obrázek 9: Snímky ze SEM: a) Ag-NČ redukované chelatonem III, b) Ag-NČ redukované citrátem, c) Au-NČ redukované citrátem. ... 27
Obrázek 10: Schéma principu senzorového systému založeného na CD funkcionalizovaných NČ. ... 28
Obrázek 11: Odezva Au-NČ na biologicky aktivní látky. ... 29
Obrázek 12: Testování odezvy senzoru na Diperodon o desetinové, setinové, resp. tisícinové koncentraci oproti standardu. ... 30
Obrázek 13: Látky způsobující sedimentaci funkcionalizovaných nanočástic, znázornění vzniklých inkluzních komplexů. ... 33
Obrázek 14: Látky, které nezpůsobují sedimentaci funkcionalizovaných nanočástic, znázornění příčiny. ... 34
Obrázek 15: Roztoky Au-CD (2-3 ml) s bakteriemi, 107, resp. 106 kolonií, zleva E. coli, P. aeruginosa, S. aureus. ... 35
