Templátová syntéza a vlastnosti bimetalických Au-Fe nanoklastrů

Bc. Radek OSTRUSZKA

Master's thesis

Templated synthesis and properties of bimetallic Au-Fe nanoclusters

Abstract:

Cílem této diplomové práce byla příprava Au-Fe nanoklastrů, proměření jejich charakteristických vlastností a jejich optimalizace pro budoucí využití coby kontrastní látky při fluorescenčním zobrazování a zobrazování magnetickou rezonancí. Zkoumán byl rovněž vliv dialýzy a vnějších faktorů na jejich optické vlastnosti a na strukturu hovězího sérového albuminu. Bylo zjištěno, že již po syntéze je procentuální zastoupení alfa-helixu ve struktuře proteinu pouze okolo 16 % a že po dialýze není sekundární struktura proteinu pozměněna. Nicméně, v případě dialyzovaných vzorků je kvantový výtěžek vyšší a v excitačně-emisním spektru je patrný hypsochromní posun. Emisní spektrum Au-Fe nanoklastrů vykazuje existenci dvou maxim při 640 nm a 660 nm. S využitím Mössbauerovy spektroskopie bylo zjištěno, že železo se ve vzorcích nachází ve formě superparamagnetických nanočástic oxidu železitého. Z měření relaxometrie byly poté stanoveny hodnoty relaxivit pro vzorek AuFeCl2 jako r1 = 0,0037 l*mmol-1*s-1 a r2 = 0,0372 l*mmol-1*s-1. Zkoumáním vlivu teploty a iontového složení roztoku byl zjištěn kromě dvojnásobného nárůstu hodnoty hydrodynamického průměru také nárůst kvantového výtěžku vzorku AuFeCl2 inkubovaného v PBS při teplotě 37 °C po dobu 24 hodin na hodnotu fí = (5,13 +- 0,11) %. Proto doporučujeme před samotným zobrazováním nejdříve vzorky za těchto podmínek inkubovat.

Abstract:

The aim of this master thesis was to prepare Au-Fe nanoclusters, measurements of their characteristic properties, and their optimization for the future application as contrast agents in fluorescence imaging and magnetic resonance imaging. An investigation also was undertaken to explore the influence of dialysis and external factors on their optical properties and on the bovine serum albumin structure. The findings indicate that already after the synthesis there is about 16 % of the alpha-helix in the protein structure and no change observed in its secondary structure after the dialysis. However, in case of dialyzed samples the quantum yield is higher and a hypsochromic shift in the excitation-emission spectrum is noticeable. The emission spectra of Au-Fe nanoclusters demonstrates the existence of two maxima at 640 nm and 660 nm. Using Mössbauer spectroscopy we found that the iron in the samples exists only in the form of superparamagnetic iron (III) oxide nanoparticles. From the relaxometry measurements, the relaxivity values of the AuFeCl2 sample were then determined as r1 = 0,0037 l*mmol-1*s-1 and r2 = 0,0372 l*mmol-1*s-1. The study of the effect of temperature and ionic composition of the solution reveals a two-fold increase in hydrodynamic diameter and provides a strong evidence that the quantum yield of the AuFeCl2 sample, after being incubated in PBS at 37 °C for 24 hours, increases up to phi = (5,13 +- 0,11) %. Therefore, the incubation of the samples under these conditions before imaging can be recommended.

Keywords

bimetalické nanoklastry, Au-Fe nanoklastry, superparamagnetické nanočástice oxidu železitého, hovězí sérový albumin, rozpouštědlo, teplota, absorpční spektroskopie v UV/Vis oblasti, kinetika dohasínání fluorescence, fluorescenční spektroskopie, dynamický rozptyl světla, infračervená spektroskopie, cirkulární dichroismus, relaxometrie, Mössbauerova spektroskopie, zobrazování magnetickou rezonancí

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 8. 2020

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Karolína Machalová Šišková, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Biophysics