Functionalization of cerium oxide nanoparticles by simple biomolecules

• Název práce v češtině: Funkcionalizace nanočástic oxidu ceričitého pomocí jednoduchých biomolekul
• Název v anglickém jazyce: Functionalization of cerium oxide nanoparticles by simple biomolecules
• Klíčová slova: oxid ceričitý|nanočástice|biomolekuly|histidin|glycin
• Klíčová slova anglicky: cerium oxide|nanoparticles|biomolecules|histidine|glycine
• Akademický rok vypsání: 2020/2021
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Vedoucí / školitel: Ing. Nataliya Tsud, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 07.10.2020
• Datum zadání: 07.10.2020
• Datum potvrzení stud. oddělením: 30.12.2020
• Datum a čas obhajoby: 12.09.2022 10:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 07.07.2022
• Datum odevzdání tištěné podoby: 07.07.2022
• Datum proběhlé obhajoby: 12.09.2022
• Oponenti: RNDr. Klára Beranová, Ph.D.
• Konzultanti: prof. Mgr. Iva Matolínová, Dr.

Zásady pro vypracování

1) Studium doporučené literatury
2) Seznámení se s principy experimentálních metod a systémů, které budou k řešení práce používány.
3) Příprava roztoku nanočástic oxidu ceru a jejich charakterizace.
4) Funkcionalizace nanočástic CeO2 biomolekulami ve vodním roztoku.
5) Studium interakce biomolekul s povrchem nanočástic CeO2.
6) Vyhodnocení výsledků a sepsání práce.

Seznam odborné literatury

1) Catalysis by Ceria and Related Materials, A. Trovarelli, Imperial College Press, ISBN: 1-86094-299-7.
2) D. Briggs, M.P. Seah: Practical Surface Analysis, vol. 2 - Auger and X-ray Photoelectron spectroscopy, Wiley, 1990, ISBN 0-471-92081-9
3) N. Hashemi Goradel, F. Ghiyami-Hour, S. Jahangiri, B. Negahdari, A. Sahebkar, A. Masoudifar, H. Mirzaei, Nanoparticles as new tools for inhibition of cancer angiogenesis, J. Cell. Physiol. 233 (2018) 2902–2910
4) C.D. Spicer, E.T. Pashuck, M.M. Stevens, Achieving Controlled Biomolecule–Biomaterial Conjugation, Chem. Rev. 118 (2018) 7702–7743
5) A. Dadwal, A. Baldi, R. Kumar Narang, Nanoparticles as carriers for drug delivery in cancer, Artif. Cells, Nanomedicine, Biotechnol. 46 (2018) 295–305
6) Y. Lin, J. Ren, X. Qu, Catalytically active nanomaterials: a promising candidate for artificial enzymes, Acc. Chem. Res. 47 (2014) 1097–1105
7) X. Wang, Y. Hu, H. Wei, Nanozymes in bionanotechnology: from sensing to therapeutics and beyond, Inorg. Chem. Front. 3 (2016) 41–60
8) S.P. Pujari, L. Scheres, A.T.M. Marcelis, H. Zuilhof, Covalent Surface Modification of Oxide Surfaces, Angew. Chemie Int. Ed. 53 (2014) 6322–6356
9) P.R. Solanki, A. Kaushik, V. V Agrawal, B.D. Malhotra, Nanostructured metal oxide-based biosensors, NPG ASIA Mater. 3 (2011) 17–24
10) R.W. Tarnuzzer, J. Colon, S. Patil, S. Seal, Vacancy engineered ceria nanostructures for protection from radiation-induced cellular damage., Nano Lett. 5 (2005) 2573–7.
11) I. Celardo, J.Z. Pedersen, E. Traversa, L. Ghibelli, Pharmacological potential of cerium oxide nanoparticles, Nanoscale. 3 (2011) 1411–1420
12) R. G. Acres, X. Cheng, K. Beranová, S. Bercha, T. Skála, V. Matolín, Y. Xu, K. C. Prince, N. Tsud: An experimental and theoretical study of adenine adsorption on Au(111), Phys. Chem. Chem. Phys. 20 (2018) 4688 – 4698
13) S. Bercha, K. Beranová, R. G. Acres, M. Vorokhta, M. Dubau, I. Matolínová, T. Skála, K. C. Prince, V. Matolín, N. Tsud: Thermally Controlled Bonding of Adenine to Cerium Oxide: Effect of Substrate Stoichiometry, Morphology, Composition, and Molecular Deposition Technique, J. Phys. Chem. C, 121 (2017) 25118-25131
14) N. Tsud, R.G. Acres, M. Iakhnenko, D. Mazur, K.C. Prince, V. Matolín, Bonding of Histidine to Cerium Oxide, J. Phys. Chem. B 117 (2013) 9182-9193
15) N. Tsud, S. Bercha, R. G. Acres, M. Vorokhta, I. Khalakhan, K. C. Prince, V. Matolín: Functionalization of nanostructured cerium oxide films with histidine, Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (2015) 2770 – 2777
16) R. G. Acres, V. Feyer, N. Tsud, E. Carlino, K. C. Prince: Mechanisms of Aggregation of Cysteine Functionalized Gold Nanoparticles, J. Phys. Chem. C. 118 (2014) 10481-10487

Předběžná náplň práce

V rámci této diplomové práce navrhujeme studovat nanočástice oxidu ceričitého o velikosti několika málo nanometrů funkcionalizované jednoduššími biomolekulami, např. histidinu či glycinu, z roztoku. Nanočástice budou charakterizovány mikroskopickými metodami (AFM, SEM,TEM), metodou dynamického rozptylu světla (DLS) a spektrometrem UV-vis. Centrum pozornosti bude soustředěno na studium charakteru vazeb vytvořených mezi biomolekulami a nanočásticemi CeO2 metodami fotoelektronové spektroskopie s využitím synchrotronového záření (SRPES, RPES, NEXAFS) a XPS. Výzkum bude prováděn ve spolupráci s týmy Dr. A. Shcherbakova a Dr. N. Zholobakovou, Zabolotny institut mikrobiologie a virologie, Národní akademie věd Ukrajiny. Fotoemisní experimenty budou realizovány převážně na české optické dráze materiálového výzkumu (MSB) na synchrotonu Elettra v Terstu.
Cílem práce bude studovat způsob interakce biomolekul s povrchem nanočástic oxidu ceričitého.