Funkční nanokompozity pro duální zobrazování fluorescencí a magnetickou rezonancí

Mgr. Radek OSTRUSZKA

Doctoral thesis

Templated synthesis of bimetallic nanocomposites and characterization of their fluorescence and magnetic properties

Abstract:

Předložená dizertační práce se především zaměřuje na poskytnutí širšího vhledu do problematiky kovových nanostruktur (NSs) a nanokompozitů (NCPs). Na počátku je práce věnována velikostním přechodům kovového materiálu z makroskopických rozměrů do velikostního režimu nanočástic (NPs) a dále nanoklastrů (NCs), přičemž přechod mezi posledně zmíněnými NSs je pro případ Au detailněji rozebrán. Posléze je text zaměřen na kovové NSs, se kterými jsem se v rámci studia setkal. Jedná se o zlaté nanoklastry (AuNCs) a superparamagnetické nanočástice oxidů železa (SPIONs). V případě AuNCs jsou popisovány vlastnosti optické, zejména tedy absorpční a luminiscenční, a v případě SPIONs pak vlastnosti magnetické. V obou případech jsou rovněž uvedeny jednotlivé strategie syntéz a také praktické využití těchto NSs. Následně práce pojednává o bimetalických NCPs tvořených jak z AuNCs, tak SPIONs, jejich syntéze a praktickém využití. Posléze je popsána matrice užívaná pro syntézu zmíněných NSs, kterou je protein, albumin hovězího séra (BSA). Závěrečná část dizertační práce se věnuje shrnutí vědecké činnosti jejího autora spolu s poznatky z přiložených publikací, které svou náplní postupně směřují od systému referenčního (tj. monometalický nanokompozit sestávající z proteinové matrice a AuNCs, nebo proteinové matrice a SPIONs) až k systému bimetalickému, který kombinuje jak vlastnosti AuNCs, tak i SPIONs. Optimalizované optické a superparamagnetické vlastnosti byly využity při in vivo fluorescenčním zobrazování (FI) a zobrazování magnetickou rezonancí (MRI), přičemž prezentovaný optimalizovaný bimetalický systém má potenciál sloužit jakožto efektivní inertní kontrastní látka pro duální FI/MRI.

Abstract:

The presented dissertation thesis mainly focuses on providing a broader insight into the issue of metal nanostructures (NSs) and nanocomposites (NCPs). Initially, the thesis is devoted to the size transitions of the metallic material from the macroscopic dimensions to the size regime of nanoparticles (NPs) and then to nanoclusters (NCs). In the case of Au, the transition between the last mentioned NSs is analysed in more detail. Afterwards, the thesis is focused on the metallic NSs, which I encountered during my studies; namely, gold nanoclusters (AuNCs) and superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs). In the case of AuNCs, optical properties are described, specifically absorption and luminescence. Regarding SPIONs, a description of the magnetic properties is given. In both cases, individual synthetic strategies and the practical use of these NSs are also presented. Subsequently, the thesis discusses bimetallic NCPs formed of both the AuNCs and SPIONs, their synthesis and practical usage. Then, the protein matrix (namely, bovine serum albumin, BSA) employed for the synthesis of the mentioned NSs is introduced. The final part of the dissertation thesis is dedicated to a summary of the scientific activity of its author together with findings described in the attached publications. The content of these publications gradually goes from a reference system (i.e., monometallic nanocomposite consisting of a protein matrix and AuNCs, or a protein matrix and SPIONs) towards a bimetallic system, which combines the properties of both the AuNCs and SPIONs. The optimized optical and superparamagnetic properties have been exploited in in vivo fluorescence imaging (FI) and magnetic resonance imaging (MRI). The presented optimized bimetallic system has the potential to serve as an effective inert contrast agent for dual FI/MRI.

Keywords

Zlaté nanoklastry, superparamagnetické nanočástice oxidů železa, hovězí sérový albumin, nanokompozity, monometalické nanokompozity, bimetalické nanokompozity, duální zobrazování, fluorescenční zobrazování, zobrazování magnetickou rezonancí.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 6. 2024

Thesis defence

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

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Nanotechnology / Nanotechnology