Diplomová práce byla zaměřena na první analýzy pomocí křemenných mikrovah, QCM-D na přístroji Q-Sense Explorer, instalovaném na CENAB PřF UJEP, optimalizaci stanovení a vyhodnocování získaných dat. Analýzy probíhaly za laboratorní teploty s využitím několika typů křemenných senzorů: (i) s povrchovou vrstvou zlata, (ii) polystyrenu a (iii) oxidu křemičitého. Na senzorech byla studována adheze několika molekul (jejich vodných roztoků) lišících se svou velikostí i viskoelastickými vlastnostmi: cysteamin, 2-merkaptoethanol, dodecylsíran sodný a polyethylenglykol o různých molekulových hmotnostech. Studován byl též vliv jejich koncentrací. Adheze byla studována na senzorech "čistých" a senzorech po jednom či dvou použitích s cílem sledovat možnost využití senzorů pro opakované analýzy. Senzory byly také podrobeny aktivaci a následné chemické modifikaci roztokem cysteaminu. Změny povrchu "čistých" a použitých i modifikovaných senzorů byly charakterizovány goniometricky měřením statického kontaktního úhlu. U všech použitých studovaných roztoků byly stanoveny hodnoty hustoty pomocí vibračního hustoměru a viskozity pomocí Höpplerova viskozimetru. Jedním z výstupů práce je vytvoření laboratorní úlohy pro laboratorní praktika pro studijní obor Aplikované nanotechnologie.
Anotace v angličtině
The diploma thesis was focused on the first analysis using micro quartz scales, QCM-D on the Q-Sense Explorer device, installed at CENAB PřF UJEP, optimizalization of determination and evaluation of the obtained data. The analysis were performed at room temperature using several types of quartz sensors: with (i) with a gold surface layer, (ii) polystyrene and (iii) silica. The adhesion of several molecules (their aqueous solutions) differing in size and viscoelastic properties was studied on the sensors: cysteamine, 2-mercaptoethanol, sodium dodecyl sulphate and polyethylene glycol of different molecular weights. The effect of their concentrations was also studied. Adhesion was studied on "pristine" sensors and sensors after one or two uses in order to monitor the possibility of using the sensors for repeated analysis. The sensors were also activated and subsequently chemically modified with cysteamine solution. Surface changes of "pristine", used and modified sensors were characterized by goniometry with determination of the static contact angle. Density values were determined using a vibrating densimeter and viscosity values using the Höppler´s viscometer for all used solutions under study. One of the important outputs of the work was a preparation of a one laboratory task for laboratory practice in the field of Applied Nanotechnology study program.
Diplomová práce byla zaměřena na první analýzy pomocí křemenných mikrovah, QCM-D na přístroji Q-Sense Explorer, instalovaném na CENAB PřF UJEP, optimalizaci stanovení a vyhodnocování získaných dat. Analýzy probíhaly za laboratorní teploty s využitím několika typů křemenných senzorů: (i) s povrchovou vrstvou zlata, (ii) polystyrenu a (iii) oxidu křemičitého. Na senzorech byla studována adheze několika molekul (jejich vodných roztoků) lišících se svou velikostí i viskoelastickými vlastnostmi: cysteamin, 2-merkaptoethanol, dodecylsíran sodný a polyethylenglykol o různých molekulových hmotnostech. Studován byl též vliv jejich koncentrací. Adheze byla studována na senzorech "čistých" a senzorech po jednom či dvou použitích s cílem sledovat možnost využití senzorů pro opakované analýzy. Senzory byly také podrobeny aktivaci a následné chemické modifikaci roztokem cysteaminu. Změny povrchu "čistých" a použitých i modifikovaných senzorů byly charakterizovány goniometricky měřením statického kontaktního úhlu. U všech použitých studovaných roztoků byly stanoveny hodnoty hustoty pomocí vibračního hustoměru a viskozity pomocí Höpplerova viskozimetru. Jedním z výstupů práce je vytvoření laboratorní úlohy pro laboratorní praktika pro studijní obor Aplikované nanotechnologie.
Anotace v angličtině
The diploma thesis was focused on the first analysis using micro quartz scales, QCM-D on the Q-Sense Explorer device, installed at CENAB PřF UJEP, optimizalization of determination and evaluation of the obtained data. The analysis were performed at room temperature using several types of quartz sensors: with (i) with a gold surface layer, (ii) polystyrene and (iii) silica. The adhesion of several molecules (their aqueous solutions) differing in size and viscoelastic properties was studied on the sensors: cysteamine, 2-mercaptoethanol, sodium dodecyl sulphate and polyethylene glycol of different molecular weights. The effect of their concentrations was also studied. Adhesion was studied on "pristine" sensors and sensors after one or two uses in order to monitor the possibility of using the sensors for repeated analysis. The sensors were also activated and subsequently chemically modified with cysteamine solution. Surface changes of "pristine", used and modified sensors were characterized by goniometry with determination of the static contact angle. Density values were determined using a vibrating densimeter and viscosity values using the Höppler´s viscometer for all used solutions under study. One of the important outputs of the work was a preparation of a one laboratory task for laboratory practice in the field of Applied Nanotechnology study program.
Práce je zaměřena na studium real-time interakcí mezi povrchem křemenného krystalu a molekulami pomocí systému Q-Sense QCM-D. Analýzou změny rezonanční frekvence povrchově modifikovaného křemenného krystalu bude zjištěna hmotnost a tloušťka adsorbovaných ultratenkých vrstev, analýzou naměřené disipace energie budou stanoveny též reologické vlastnosti vrstev (tuhost, viskoelasticita, apod.). Testovaným povrchem bude zlato a polystyren, testovanými molekulami budou převážně povrchově aktivní látky. Též bude zkoumán vliv koncentrace roztoku molekul na výsledné vlastnosti adsorbované vrstvy.
Harmonogram prací:
1) rešerše úkolu: práce se systémem QSense, analýza naměřených dat v softwaru QSense Dfind, výběr vhodných látek pro studium adsorpce: září 2020 \textendash prosinec 2020.
2) vypracování metodiky stanovení a vlastní měření QCM-D, zpracování a diskuze získaných výsledků: leden 2021 \textendash leden 2022.
3) sepsání a odevzdání DP: únor 2022 \textendash duben 2022.
Zásady pro vypracování
Práce je zaměřena na studium real-time interakcí mezi povrchem křemenného krystalu a molekulami pomocí systému Q-Sense QCM-D. Analýzou změny rezonanční frekvence povrchově modifikovaného křemenného krystalu bude zjištěna hmotnost a tloušťka adsorbovaných ultratenkých vrstev, analýzou naměřené disipace energie budou stanoveny též reologické vlastnosti vrstev (tuhost, viskoelasticita, apod.). Testovaným povrchem bude zlato a polystyren, testovanými molekulami budou převážně povrchově aktivní látky. Též bude zkoumán vliv koncentrace roztoku molekul na výsledné vlastnosti adsorbované vrstvy.
Harmonogram prací:
1) rešerše úkolu: práce se systémem QSense, analýza naměřených dat v softwaru QSense Dfind, výběr vhodných látek pro studium adsorpce: září 2020 \textendash prosinec 2020.
2) vypracování metodiky stanovení a vlastní měření QCM-D, zpracování a diskuze získaných výsledků: leden 2021 \textendash leden 2022.
3) sepsání a odevzdání DP: únor 2022 \textendash duben 2022.
Seznam doporučené literatury
Tariq M., Serro A.P., Saramagobi B., Lopes J.N.C., Rebelo L.P.N. Adsorption and viscoelastic behaviour of ionic liquid surfactants on gold surfaces. J. Mol. Liq. 282, 633-641, 2019.
Jachimska B., Świątek S., Loch, J.I., Lewiński K., Luxbacher T. Adsoption effectiveness of β-lactoglobulin onto gold surface determined by quartz crystal microbalance. Bioelectrochemistry 121, 95\textendash104, 2018.
Mivehi L., Bordes R., Holmberg K. Adsorption of cationic Gemini surfactants at solid surfaces studied by QCM-D and SPR: effect of the rigidity of the spacer. Langmuir, 27, 7549-7557, 2011.
Kenneth A. M. (2003): Quartz Crystal Microbalance: A Useful Tool for Studying Thin Polymer Films and Complex Biomolecular Systems at the Solution-Surface Interface. Biomacromolecules 4, 1099-1120
Dahlin, A., Nanoplasmonic Biosensors compatible with Artificial Cell Membranes, in Division of Biological physics, Department of Applied Physics. 2008, Chalmers University of Technology: Göteborg, Sweden
Janshoff, A., H.J. Galla, and C. Steinem, Piezoelectric mass-sensing devices as biosensors - An alternative to optical biosensors? Angewandte Chemie-International Edition, 2000. 39(22): p. 4004-4032.
Seznam doporučené literatury
Tariq M., Serro A.P., Saramagobi B., Lopes J.N.C., Rebelo L.P.N. Adsorption and viscoelastic behaviour of ionic liquid surfactants on gold surfaces. J. Mol. Liq. 282, 633-641, 2019.
Jachimska B., Świątek S., Loch, J.I., Lewiński K., Luxbacher T. Adsoption effectiveness of β-lactoglobulin onto gold surface determined by quartz crystal microbalance. Bioelectrochemistry 121, 95\textendash104, 2018.
Mivehi L., Bordes R., Holmberg K. Adsorption of cationic Gemini surfactants at solid surfaces studied by QCM-D and SPR: effect of the rigidity of the spacer. Langmuir, 27, 7549-7557, 2011.
Kenneth A. M. (2003): Quartz Crystal Microbalance: A Useful Tool for Studying Thin Polymer Films and Complex Biomolecular Systems at the Solution-Surface Interface. Biomacromolecules 4, 1099-1120
Dahlin, A., Nanoplasmonic Biosensors compatible with Artificial Cell Membranes, in Division of Biological physics, Department of Applied Physics. 2008, Chalmers University of Technology: Göteborg, Sweden
Janshoff, A., H.J. Galla, and C. Steinem, Piezoelectric mass-sensing devices as biosensors - An alternative to optical biosensors? Angewandte Chemie-International Edition, 2000. 39(22): p. 4004-4032.