Tato bakalářská práce se zabývá přípravou zlatých nanočástic pomocí regioselektivně oxidovaných polysacharidů, jakožto redukčních a stabilizačních činidel. Konkrétně se věnuje čtyřem materiálům: selektivně oxidované celulóze, alginátu sodnému, dextranu a hyaluronátu sodnému. Cílem práce je rovněž vývoj optimálního purifikačního procesu nanočástic, především od přebytku nezreagovaných regioselektivně oxidovaných polysacharidů. V rámci purifikace byl sledován vliv dialýzy, ultrafiltrace a taktéž filtrace. Dopady jednotlivých metod byly charakterizovány na základě analýzy DLS, UV-VIS spektroskopie, XRF analýzy a byly pořízeny snímky TEM. Výsledný proces čištění koloidních roztoků zlatých nanočástic se skládá z ultrafiltrace pomocí 1 000 a 300 kDa nástavce, 48h dialýzy proti UPW a finálně filtrace, což úspěšně odstranilo přebytek vybraných dialdehydů polysacharidů. Následně byla stanovena cytotoxicita roztoků a hodnota IC50. Úspěšně se tedy podařilo připravit a vyčistit koloidní roztoky zlatých nanočástic stabilizovaných pomocí různých regioselektivně oxidovaných polysacharidů určených pro biomedicinské aplikace.
Annotation in English
This bachelor thesis deals with the preparation of gold nanoparticles using regioselectively oxidized polysaccharides as reducing and stabilizing agents. Four materials, namely selectively oxidized cellulose, sodium alginate, dextran, and sodium hyaluronate were considered. The aim of this work is also to optimize the purification process of gold nanoparticles from the unreacted excess of selected regioselectively oxidized polysaccharides. The effects of dialysis, ultrafiltration, and filtration on the purification process were investigated. The impact of the methods was characterized by DLS analysis, UV-VIS spectroscopy, XRF analysis, and TEM images. The resulting purification process of the gold nanoparticle colloidal solutions, composed of ultrafiltration using 1,000 and 300 kDa attachment, 48 h dialysis against UPW, and finally filtration, which successfully removed the excess of dialdehyde polysaccharides. Subsequently, the cytotoxicity of the solutions and the IC50 value were determined. Colloidal solutions of gold nanoparticles stabilized with various regioselectively oxidized polysaccharides for biomedical applications were successfully produced and purified.
Tato bakalářská práce se zabývá přípravou zlatých nanočástic pomocí regioselektivně oxidovaných polysacharidů, jakožto redukčních a stabilizačních činidel. Konkrétně se věnuje čtyřem materiálům: selektivně oxidované celulóze, alginátu sodnému, dextranu a hyaluronátu sodnému. Cílem práce je rovněž vývoj optimálního purifikačního procesu nanočástic, především od přebytku nezreagovaných regioselektivně oxidovaných polysacharidů. V rámci purifikace byl sledován vliv dialýzy, ultrafiltrace a taktéž filtrace. Dopady jednotlivých metod byly charakterizovány na základě analýzy DLS, UV-VIS spektroskopie, XRF analýzy a byly pořízeny snímky TEM. Výsledný proces čištění koloidních roztoků zlatých nanočástic se skládá z ultrafiltrace pomocí 1 000 a 300 kDa nástavce, 48h dialýzy proti UPW a finálně filtrace, což úspěšně odstranilo přebytek vybraných dialdehydů polysacharidů. Následně byla stanovena cytotoxicita roztoků a hodnota IC50. Úspěšně se tedy podařilo připravit a vyčistit koloidní roztoky zlatých nanočástic stabilizovaných pomocí různých regioselektivně oxidovaných polysacharidů určených pro biomedicinské aplikace.
Annotation in English
This bachelor thesis deals with the preparation of gold nanoparticles using regioselectively oxidized polysaccharides as reducing and stabilizing agents. Four materials, namely selectively oxidized cellulose, sodium alginate, dextran, and sodium hyaluronate were considered. The aim of this work is also to optimize the purification process of gold nanoparticles from the unreacted excess of selected regioselectively oxidized polysaccharides. The effects of dialysis, ultrafiltration, and filtration on the purification process were investigated. The impact of the methods was characterized by DLS analysis, UV-VIS spectroscopy, XRF analysis, and TEM images. The resulting purification process of the gold nanoparticle colloidal solutions, composed of ultrafiltration using 1,000 and 300 kDa attachment, 48 h dialysis against UPW, and finally filtration, which successfully removed the excess of dialdehyde polysaccharides. Subsequently, the cytotoxicity of the solutions and the IC50 value were determined. Colloidal solutions of gold nanoparticles stabilized with various regioselectively oxidized polysaccharides for biomedical applications were successfully produced and purified.
Zlaté nanočástice (ZN) jsou v současnosti využívány v mnoha odvětvích, od průmyslové katalýzy, přes senzoriku až po medicínské aplikace.
Velikost, tvar a vlastnosti ZN jsou přitom dány už při jejich syntéze, a proto je nutné navrhnout správnou metodu s ohledem na plánované aplikace. Polysacharidy lze využít jako netoxická činidla pro jednokrokovou přípravu ZN, protože obsahují ve své struktuře jak aldehydické skupiny schopné redukce zlatitých solí, tak skupiny, které mohou stabilizovat vznikající částice.
Další modifikací polysacharidů, například pomocí selektivní oxidace jodistanem, lze značně zvýšit množství redukčních skupin v molekule a získat tak lepší kontrolu nad syntézou ZN.
Náplní bakalářské práce bude syntéza, charakterizace a purifikace zlatých nanočástic pro biomedicínské aplikace připravených pomocí různých oxidovaných polysacharidů.
Regioselektivně oxidované polysacharidy s různou strukturou a množstvím redukčních skupin budou využity pro přípravu nanočástic.
Bude sledován vliv struktury a složení polysacharidů na vlastnosti připravených nanočástic, zejména na jejich velikost (hydrodynamický poloměr) a stabilitu (zeta potenciál).
Dále bude testován vliv různých purifikačních metod určených k odstranění zbytků polysacharidů (srážení různými rozpouštědly, dialýza, ultrafiltrace) na jejich vlastnosti, hlavně stabilitu (zeta potenciál).
V případě úspěšné syntézy a purifikace mohou být u připravených ZN testovány také další vlastnosti, zejména jejich katalytický potenciál či cytotoxicita.
Research Plan
Zlaté nanočástice (ZN) jsou v současnosti využívány v mnoha odvětvích, od průmyslové katalýzy, přes senzoriku až po medicínské aplikace.
Velikost, tvar a vlastnosti ZN jsou přitom dány už při jejich syntéze, a proto je nutné navrhnout správnou metodu s ohledem na plánované aplikace. Polysacharidy lze využít jako netoxická činidla pro jednokrokovou přípravu ZN, protože obsahují ve své struktuře jak aldehydické skupiny schopné redukce zlatitých solí, tak skupiny, které mohou stabilizovat vznikající částice.
Další modifikací polysacharidů, například pomocí selektivní oxidace jodistanem, lze značně zvýšit množství redukčních skupin v molekule a získat tak lepší kontrolu nad syntézou ZN.
Náplní bakalářské práce bude syntéza, charakterizace a purifikace zlatých nanočástic pro biomedicínské aplikace připravených pomocí různých oxidovaných polysacharidů.
Regioselektivně oxidované polysacharidy s různou strukturou a množstvím redukčních skupin budou využity pro přípravu nanočástic.
Bude sledován vliv struktury a složení polysacharidů na vlastnosti připravených nanočástic, zejména na jejich velikost (hydrodynamický poloměr) a stabilitu (zeta potenciál).
Dále bude testován vliv různých purifikačních metod určených k odstranění zbytků polysacharidů (srážení různými rozpouštědly, dialýza, ultrafiltrace) na jejich vlastnosti, hlavně stabilitu (zeta potenciál).
V případě úspěšné syntézy a purifikace mohou být u připravených ZN testovány také další vlastnosti, zejména jejich katalytický potenciál či cytotoxicita.
Recommended resources
[1] Xiao, G.; Wang, Y.; Zhang, H.; Zhu, Z.; Fu, S. Dialdehyde Cellulose Nanocrystals Act as Multi-Role for the Formation of Ultra- -Fine Gold Nanoparticles with High Efficiency. International Journal of Biological Macromolecules 2020, 163, 788-800. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.07.057.
[2] Vávrová, A.; Čapková, T.; Kuřitka, I.; Vícha, J.; Münster, L. One-Step Synthesis of Gold Nanoparticles for Catalysis and SERS Applications Using Selectively Dicarboxylated Cellulose and Hyaluronate. International Journal of Biological Macromolecules 2022, 206, 927-938. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.03.043.
[3] Muchová, M.; Münster, L.; Vávrová, A.; Capáková, Z.; Kuřitka, I.; Vícha, J. Comparison of Dialdehyde Polysacchari des as Crosslinkers for Hydrogels: The Case of Poly(Vinyl Alcohol). Carbohydrate Polymers 2022, 279, 119022. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.119022.
[4] Dreaden, E. C.; Alkilany, A.M.;Huang, X.;Murphy, C.J.; El-Sayed,M. A. The Golden Age: GoldNanoparticles for Biomedicine. Chem. Soc. Rev. 2012,41(7), 2740-2779. https://doi.org/10.1039/C1CS15237H.
Recommended resources
[1] Xiao, G.; Wang, Y.; Zhang, H.; Zhu, Z.; Fu, S. Dialdehyde Cellulose Nanocrystals Act as Multi-Role for the Formation of Ultra- -Fine Gold Nanoparticles with High Efficiency. International Journal of Biological Macromolecules 2020, 163, 788-800. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.07.057.
[2] Vávrová, A.; Čapková, T.; Kuřitka, I.; Vícha, J.; Münster, L. One-Step Synthesis of Gold Nanoparticles for Catalysis and SERS Applications Using Selectively Dicarboxylated Cellulose and Hyaluronate. International Journal of Biological Macromolecules 2022, 206, 927-938. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.03.043.
[3] Muchová, M.; Münster, L.; Vávrová, A.; Capáková, Z.; Kuřitka, I.; Vícha, J. Comparison of Dialdehyde Polysacchari des as Crosslinkers for Hydrogels: The Case of Poly(Vinyl Alcohol). Carbohydrate Polymers 2022, 279, 119022. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.119022.
[4] Dreaden, E. C.; Alkilany, A.M.;Huang, X.;Murphy, C.J.; El-Sayed,M. A. The Golden Age: GoldNanoparticles for Biomedicine. Chem. Soc. Rev. 2012,41(7), 2740-2779. https://doi.org/10.1039/C1CS15237H.
