Nanočásticové vrstvy pro ultracitlivou biodetekci

• Název práce v češtině: Nanočásticové vrstvy pro ultracitlivou biodetekci
• Název v anglickém jazyce: Nanoparticle films for ultrasensitive biodetection
• Klíčová slova: nanočástice|biodetekce|povrchem zesílená Ramanova spektroskopie
• Klíčová slova anglicky: nanoparticles|biodetection|surface enhanced Raman spectroscopy
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: bakalářská 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

Seznámit se s přípravou nanočástic a povrchem zesílenou Ramanovou spektroskopií (SERS)
Optimalizace depozice nanočástic z vybraného materiálu pomocí plynového agregačního zdroje
Příprava a základní charakterizace nanočásticových vrstev
Změřit SERS spektra vybrané modelové molekuly na připravených nanočásticových vrstvách a určení detekčního limitu

Seznam odborné literatury

Monografie:
1) Y. Huttel. Gas-Phase Synthesis of Nanoparticles (2017) Wiley
2) M. Procházka, Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (2016) Springer
3) P. Milani, M. Sowwan, Cluster Beam Deposition of Functional Materials and Devices (2020) Elsevier

Aktuální časopisecká literatura týkající se přípravy nanočástic pomocí plynových agregačních zdrojů a SERS techniky.

Předběžná náplň práce

Potřebnost ultracitlivé detekce nejrůznějších druhů biomolekul v lékařství, pří vývoji nových léčiv, ochraně životního prostředí či v potravinářském průmyslu vedla v posledních několika desetiletích k prudkému rozvoji pokročilých detekčních metod. Důležité místo mezi nimi zaujímají techniky založené na Ramanovu rozptylu, které umožňují jak kvalitativní, tak i kvantitativní nedestruktivní analýzu vzorků. Nicméně citlivost Ramanovy spektroskopie je omezená malým množstvím neelasticky Ramanovsky rozptýlených fotonů, což umožňuje jen detekci látek o relativně velkých koncentracích. Jednou z možností jak výrazný způsobem zesílit Ramanův signál, a tedy i citlivost,  je povrchovem zesílená Ramanova spektroskopie (SERS). V tomto případě je studovaná látka vložena do blízkosti nanostrukturovaného povrchu (kovového či oxidu kovu), což vede k výraznému zesílení intenzity dopadajícího i rozptýleného záření díky resonanční excitaci povrchových plasmonů (tzv. elektromagnetické zesílení), popřípadě ke zvýšení polarizovatelnosti molekul v důsledku jejich silné interakce s povrchem (tzv. chemické zesílení). Jednou z možností přípravy SERS-aktivních materiálů je využití plynových agregačních zdrojů nanočástic, které umožňují kontrolovatelnou depozici nanočástic bez nutnosti jejich další úpravy.

Cílem této práce bude připravit nanočásticové vrstvy z vybraného materiálu pomocí plynového agregačního zdroje vyvinutého na KMF, provést jejich základní charakterizaci z hlediska morfologie (skenovací elektronový mikroskop) a optických vlastností (UV-Vis spektrofotometrie), a otestovat možnost využití takto připravovaných nanočásticových vrstev jako platformy pro ultracitlivou spektroskopickou detekci biomolekul.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The need for ultra-sensitive detection of various types of biomolecules in medicine, in the development of new drugs, environmental protection or in the food industry has led to the rapid development of advanced detection methods in the last few decades. An important position among them have the techniques based on Raman scattering, which allow both qualitative and quantitative non-destructive analysis of samples. However, the sensitivity of Raman spectroscopy is limited by the small amount of inelastically Raman-scattered photons, which only allows for the detection of substances at relatively high concentrations. One of the ways to significantly amplify the Raman signal, and thus the sensitivity, is surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). In this case, the studied substance is placed near the nanostructured surface (metal or metal oxide), which leads to a significant increase in the intensity of incident and scattered radiation due to resonant excitation of surface plasmon (so-called electromagnetic amplification), or to increase polarizability of molecules due to their strong interaction with surface (so-called chemical enhancement). One of the possibilities of preparation of SERS-active materials is the use of gas aggregation sources of nanoparticles, which enable controllable deposition of nanoparticles without the need for their further modification.

The aim of this work will be to prepare nanoparticle layers from selected material using a gas aggregation source developed at KMF, perform their basic characterization in terms of morphology (scanning electron microscope) and optical properties (UV-Vis spectrophotometry), and test the applicability of such prepared nanoparticle layers as a platform for ultrasensitive spectroscopic detection of biomolecules.