Novel Voltammetric Sensors and DNA Biosensors Based on Amalgam Intermetallic Phases

• Název práce v češtině: Nové voltametrické senzory a DNA biosenzory na bázi amalgámových intermetalických fází
• Název v anglickém jazyce: Novel Voltammetric Sensors and DNA Biosensors Based on Amalgam Intermetallic Phases
• Klíčová slova: amalgámové intermetalické fáze, elektrochemické senzory, DNA biosenzory, výzkum supramolekulárních interakcí, detekce poškození DNA, ultrastopová analýza, biomarkery, léčiva, biologické a environmentální matrice
• Klíčová slova anglicky: Amalgam Intermetallic Phases, Electrochemical Sensors, DNA Biosensors, Investigation of Supramolecular Interactions, DNA Damage Detection, Ultra-Trace Analysis, Biomarkers, Drugs, Biological and Environmental Matrices
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra analytické chemie (31-230)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Vlastimil Vyskočil, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 05.10.2023
• Datum zadání: 05.10.2023

Předběžná náplň práce

Pracovní elektrody na bázi pevného stříbrného amalgámu modifikovaného rtuťovým meniskem si od svého zavedení v roce 2000 vydobyly nezastupitelné místo v oblasti citlivé voltametrické analýzy genotoxických látek znečišťujících životní prostředí a protinádorových léčiv jako netoxická náhrada závěsné rtuťové kapkové elektrody. Amalgámová intermetalická fáze tvořící povrch těchto elektrod však nabízí také možnost elektrochemické akumulace ušlechtilých kovů za vzniku nových fází s cílenými poměry akumulovaných kovů. Tento nový způsob "dopování" by měl povrchu elektrody propůjčit zcela nové vlastnosti, které povedou ke zvýšené adsorpci specifických analytů (což přispěje ke zvýšení citlivosti jejich voltametrického stanovení) a zvýšené chemisorpci modifikátorů pro přípravu nových voltametrických DNA biosenzorů. Jako vhodné kovy pro výše uvedenou akumulaci se jeví měď (fáze Hg/Ag-Cu), vizmut (fáze Hg/Ag-Bi) a zlato (fáze Hg/Ag-Au).
Cílem tohoto projektu bude provést základní studii zahrnující 1) optimalizaci přípravy výše uvedených amalgámových intermetalických fází pro přípravu pracovních elektrod, 2) elektrochemickou charakterizaci těchto povrchů (pomocí cyklické voltametrie, diferenční pulzní voltametrie, square-wave voltametrie, ampérometrie a elektrochemické impedanční spektroskopie), 3) a studium interakcí elektrod s vybranými analyty (purinové báze, aminokyseliny obsahující atomy síry nebo nitrované organické látky znečišťující životní prostředí, pesticidy, léčiva) a s chemickými modifikátory pro přípravu nových DNA biosenzorů (jedno- nebo dvouvláknová DNA). Pomocí DNA biosenzorů bude studována interkalace a kovalentní vazba vybraných analytů na DNA. Vyvinuté senzory a DNA biosenzory budou testovány a navrženy především pro použití ve vysokokapacitním screeningovém uspořádání (vsádková injekční analýza s elektrochemickou detekcí).

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Since their introduction in 2000, working electrodes based on solid silver amalgam modified with a mercury meniscus have gained an irreplaceable position in the field of sensitive voltammetric analysis of electrochemically active genotoxic environmental pollutants and anticancer drugs as a non-toxic replacement of the hanging mercury drop electrode. However, the amalgam intermetallic phase forming the surface of these electrodes also offers the possibility of electrochemical accumulation of noble metals to form new phases with targeted ratios of accumulated metals. This new "doping" method should impart entirely new properties to the electrode surface, leading to enhanced adsorption of specific analytes (contributing to increased sensitivity of their voltammetric determination) and increased chemisorption of modifiers for the preparation of new voltammetric DNA biosensors. Metals suitable for the above-mentioned accumulation appear to be copper (Hg/Ag-Cu phase), bismuth (Hg/Ag-Bi phase), and gold (Hg/Ag-Au phase).
The aim of this project will be to carry out a basic study including (i) the optimization of the preparation of the above mentioned amalgam intermetallic phases for the preparation of working electrodes, (ii) the electrochemical characterization of these surfaces (using cyclic voltammetry, differential pulse voltammetry, square wave voltammetry, amperometry, and electrochemical impedance spectroscopy), (iii) and the study of electrode interactions with selected analytes (purine bases, sulphur atoms containing amino acids, or nitrated organic environmental pollutants, pesticides, drugs) and with chemical modifiers for the preparation of new DNA biosensors (single or double stranded DNA). Intercalation and covalent binding of selected analytes to DNA will be studied using DNA biosensors. The developed sensors and DNA biosensors will be tested and designed primarily for use in a high-throughput screening arrangement (batch injection analysis with electrochemical detection).