Plazmatem podpořená syntéza nanomateriálů pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii

• Název práce v češtině: Plazmatem podpořená syntéza nanomateriálů pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii
• Název v anglickém jazyce: Plasma-assisted synthesis of nanomaterials for surface-enhanced Raman spectroscopy
• Klíčová slova: nanomateriály|plazmové zdroje|plazmové depoziční techniky|SERS
• Klíčová slova anglicky: nanomaterials|plasma sources|plasma-based deposition techniques|SERS
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Katedra makromolekulární fyziky (32-KMF)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Ondřej Kylián, Ph.D.
• Konzultanti: prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Bude upřesněno, podrobnější informace [e-mail], [phone]
It will be specified, more detailed information [e-mail], [phone]

Seznam odborné literatury

Y. Huttel (Editor), Gas-Phase Synthesis of Nanoparticles, Wiley-VCH 2017.
P. Milani, M. Sowwan (Editors), Cluster Beam Deposition of Functional Nanomaterials and Devices, Elsevier, 2020.
M. Procházka, Surface-enhanced Raman spectroscopy, bioanalytical, biomolecular and medical applications, Springer, 2016.

Vybraný soubor původních prací.

Předběžná náplň práce

Spektroskopie Ramanova rozptylu je optická, nedestruktivní a bezkontaktní technika používaná k detekci, identifikaci a studiu biomolekul. Její obecně nízkou citlivost, která je obvykle nedostatečná pro detekci malého množství biomolekul, lze vylepšit pomocí techniky povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (surface-enhanced Raman scattering - SERS), kdy dochází k silnému zesílení Ramanova rozptylu studované molekuly navázané na vhodný nanostrukturovaný povrch. Jak bylo prokázáno v celé řadě studií, zesílení Ramanova signálu je možné v tomto případě dosáhnout buď využitím plasmonických nanostruktur (tzv. elektromagnetické zesílení) či použitím vhodného materiálu, který umožňuje tzv. chemické zesílení jež je spojeno se vznikem chemické vazby a přenosem náboje (obvykle fotoindukovaným) mezi studovanou biomolekulou a nanostrukturovaným povrchem. Nicméně vztah mezi architekturou a vlastnostmi SERS-aktivních materiálů a jejich schopností zesílit Ramanův rozptyl zůstává nezcela pochopen.

V rámci této práce budou vyvíjeny nové typy jedno- a vícesložkových SERS-aktivních plasmonických a neplasmonických nanomateriálů s využitím plazmových depozičních technik (magnetronové naprašováni, plazmové plynové agregační zdroje nanočástic, plazmatem asistované vakuové vypařování, či plazmatem podpořená depozice z plynné fáze). Bude podrobně studován vliv depozičních podmínek na morfologii, složení, optické vlastnosti, smáčivost, a stabilitu připravovaných nanomateriálů i na jejich výslednou SERS aktivitu.

Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru Fyzika kondenzovaných soustav a materiálů, či Biofyzika a chemická fyzika. Předchozí zkušenosti s přípravou a charakterizací nanomateriálů, popřípadě SERS detekcí jsou vítány.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Raman scattering spectroscopy is an optical, non-destructive and non-contact technique used to detect, identify and study biomolecules. Its generally low sensitivity, which is usually insufficient for the detection of small amounts of biomolecules, can be improved using the surface-enhanced Raman scattering (SERS) technique, where strong enhancement of Raman scattering of the studied molecule attached to a suitable nanostructured surface occurs. As has been proven in many studies, the amplification of the Raman signal can be achieved in this case either by using plasmonic nanostructures (so-called electromagnetic amplification) or by using a suitable material that enables so-called chemical amplification, which is associated with the formation of a chemical bond and charge transfer (usually photoinduced) between the studied biomolecule and the nanostructured surface. However, the relationship between the architecture and properties of SERS-active materials and their ability to enhance Raman scattering remains incompletely understood.

In this work, new types of single- and multi-component SERS-active plasmon and plasmon-free nanomaterials will be developed using plasma deposition techniques (magnetron sputtering, plasma gas aggregation sources of nanoparticles, plasma-assisted vacuum evaporation, or plasma-assisted chemical vapour deposition). The influence of the deposition conditions on the morphology, composition, optical properties, wettability, and stability of the prepared nanomaterials as well as on their resulting SERS activity will be studied in detail.

Presumed knowledge of the applicant at the level of a completed master's degree in Physics of Condensed Systems and Materials, or Biophysics and Chemical Physics. Previous experience with the preparation and characterization of nanomaterials, or SERS detection is welcome.