Tato bakalářská práce se zabývá hodnocením charakteristických vlastností a parametrů nanočástic feromagnetické Fe3O4, nemagnetické Nd2O3 a diamagnetické Zn. Tyto nanočástice mohou být pro biomedicínské aplikace velice užitečné díky svým charakteristickým vlastnostem (např. jako kontrastní činidla při zobrazování magnetickou rezonancí, magnetické označování buněk apod.). Teoretická část čtenáře seznamuje se základními vlastnostmi nanočástic (velikost, tvar apod.) a s metodami, které zkoumají jejich vlastnosti (mikroskopie, toxicita). Výzkumná část se zabývá experimentálním hodnocením toxických účinků nanočástic na dva vybrané bakteriální kmeny, a to Escherichia Coli a Micrococcus Luteus. Byly provedeny testy ekotoxicity a respirometrie, ale i testy cytotoxicity (účinek na jaterní karcinom HepG2). Práce se věnuje především technikám a metodám studia a charakterizaci parametrů a vlastností nanočástic. Výsledkem práce je komparativní srovnání chování buněk, které se dostaly do kontaktu s nanočásticemi a návrh na modifikaci nebo aktualizaci těchto metod pro úspěšné studium s ohledem na jejich (ne)magnetické vlastnosti.
Anotace v angličtině
This bachelor thesis deals with the evaluation of characteristic properties and parameters of ferromagnetic Fe3O4, non-magnetic Nd2O3 and diamagnetic Zn nanoparticles. These nanoparticles can be very useful for biomedical applications due to their characteristic properties (e.g. as contrast agents in magnetic resonance imaging, magnetic cell labeling, etc.). The theoretical part acquaints readers with the basic feature of nanoparticles (size, shape, etc.) and with methods that examine their properties (microscopy) and behavior (toxicity). The research part deals with the experimental evaluation of the toxic effects of nanoparticles on two selected bacterial strains; Escherichia Coli and Micrococcus Luteus, where tests of ecotoxicity and respirometry were done. Cytotoxicity tests were performed on hepatic carcinoma HepG2. In particular, techniques and methods for studying the properties of nanoparticles were the subject of this work. The result of the work is a set of comparison of the cell behavior that have come into contact with nanoparticles; also several suggestions of these methods (modification or actualization) were submitted for nanoparticle study with respect to their (non)magnetic properties.
Tato bakalářská práce se zabývá hodnocením charakteristických vlastností a parametrů nanočástic feromagnetické Fe3O4, nemagnetické Nd2O3 a diamagnetické Zn. Tyto nanočástice mohou být pro biomedicínské aplikace velice užitečné díky svým charakteristickým vlastnostem (např. jako kontrastní činidla při zobrazování magnetickou rezonancí, magnetické označování buněk apod.). Teoretická část čtenáře seznamuje se základními vlastnostmi nanočástic (velikost, tvar apod.) a s metodami, které zkoumají jejich vlastnosti (mikroskopie, toxicita). Výzkumná část se zabývá experimentálním hodnocením toxických účinků nanočástic na dva vybrané bakteriální kmeny, a to Escherichia Coli a Micrococcus Luteus. Byly provedeny testy ekotoxicity a respirometrie, ale i testy cytotoxicity (účinek na jaterní karcinom HepG2). Práce se věnuje především technikám a metodám studia a charakterizaci parametrů a vlastností nanočástic. Výsledkem práce je komparativní srovnání chování buněk, které se dostaly do kontaktu s nanočásticemi a návrh na modifikaci nebo aktualizaci těchto metod pro úspěšné studium s ohledem na jejich (ne)magnetické vlastnosti.
Anotace v angličtině
This bachelor thesis deals with the evaluation of characteristic properties and parameters of ferromagnetic Fe3O4, non-magnetic Nd2O3 and diamagnetic Zn nanoparticles. These nanoparticles can be very useful for biomedical applications due to their characteristic properties (e.g. as contrast agents in magnetic resonance imaging, magnetic cell labeling, etc.). The theoretical part acquaints readers with the basic feature of nanoparticles (size, shape, etc.) and with methods that examine their properties (microscopy) and behavior (toxicity). The research part deals with the experimental evaluation of the toxic effects of nanoparticles on two selected bacterial strains; Escherichia Coli and Micrococcus Luteus, where tests of ecotoxicity and respirometry were done. Cytotoxicity tests were performed on hepatic carcinoma HepG2. In particular, techniques and methods for studying the properties of nanoparticles were the subject of this work. The result of the work is a set of comparison of the cell behavior that have come into contact with nanoparticles; also several suggestions of these methods (modification or actualization) were submitted for nanoparticle study with respect to their (non)magnetic properties.
Navrhnout techniky/metody pro studium a charakterizaci parametrů a vlastností nanočástic (především magnetických).
Provést charakterizaci vybraných typů nanočástic (velikost, koncentrace, struktura aj.).
Navrhnout metodický postup pro hodnocení toxických účinků nanočástic na bakteriální buňky (především s ohledem na magnetické vlastnosti nanočástic).
Experimentálně otestovat různé typy nanočástic (magnetické, paramagnetické a nemagnetické), o různé koncentraci, velikosti a délce expozice na různé bakteriální kmeny.
Definovat slabé a silné stránky jednotlivých metod/technik. Navrhnout vhodné techniky/metody pro hodnocení toxicity magnetických nanočástic.
Posoudit a stanovit shody/rozdílnosti dosažných výsledků s odbornou literaturou.
Výzkumné předpoklady / výzkumné otázky:
Předpokládáme, že jednotlivé typy nanočástic (Fe3O4, Zn, Nd2O3) budou vykazovat různé toxické účinky na bakteriální buňky v závislosti na jejich vlastnostech (Fe3O4 jako feromagnetické, Nd2O3 jako nemagnetické a Zn jako diamagnetické).
U nanočástic jsou běžně pozorovány zvýšené toxické účinky. My předpokládáme, že pro magnetické nanočástice tento jev pozorován nebude ani při vyšších koncentracích, a to právě v důsledku vlivu magnetických účinků (magnetismus ovlivňuje bakterie spíše pozitivně).
Shodují se dosažené laboratorní výsledky s výsledky v odborných publikacích?
Dosáhlo se změny proliferace bakteriálních buněk v přítomnosti nanočástic? Které typy nanočástic ovlivňovali růst buněk spíše pozitivně, které spíše negativně?
Jsou zvolené techniky charakterizace nanočástic dostatečně průkazné?
Jsou zvolené metodiky hodnocení toxických účinků nanočástic na bakterie dostatečně průkazné? Jaké jsou výhody nebo nedostatky?
Technika práce:
Metodou výzkumu bude realizace srovnávacího experimentu. Měření fyzikálních, chemických a mechanických parametrů (jako využití fluorescenční mikroskopie, SEM mikroskopie, konfokální mikroskopie, respirometrie, kultivační testy, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, Zetasizer analyser apod.). Provede se základní statistické vyhodnocení všech experimentů.
Metoda:
Kvalitativní.
Zásady pro vypracování
Cíle práce:
Navrhnout techniky/metody pro studium a charakterizaci parametrů a vlastností nanočástic (především magnetických).
Provést charakterizaci vybraných typů nanočástic (velikost, koncentrace, struktura aj.).
Navrhnout metodický postup pro hodnocení toxických účinků nanočástic na bakteriální buňky (především s ohledem na magnetické vlastnosti nanočástic).
Experimentálně otestovat různé typy nanočástic (magnetické, paramagnetické a nemagnetické), o různé koncentraci, velikosti a délce expozice na různé bakteriální kmeny.
Definovat slabé a silné stránky jednotlivých metod/technik. Navrhnout vhodné techniky/metody pro hodnocení toxicity magnetických nanočástic.
Posoudit a stanovit shody/rozdílnosti dosažných výsledků s odbornou literaturou.
Výzkumné předpoklady / výzkumné otázky:
Předpokládáme, že jednotlivé typy nanočástic (Fe3O4, Zn, Nd2O3) budou vykazovat různé toxické účinky na bakteriální buňky v závislosti na jejich vlastnostech (Fe3O4 jako feromagnetické, Nd2O3 jako nemagnetické a Zn jako diamagnetické).
U nanočástic jsou běžně pozorovány zvýšené toxické účinky. My předpokládáme, že pro magnetické nanočástice tento jev pozorován nebude ani při vyšších koncentracích, a to právě v důsledku vlivu magnetických účinků (magnetismus ovlivňuje bakterie spíše pozitivně).
Shodují se dosažené laboratorní výsledky s výsledky v odborných publikacích?
Dosáhlo se změny proliferace bakteriálních buněk v přítomnosti nanočástic? Které typy nanočástic ovlivňovali růst buněk spíše pozitivně, které spíše negativně?
Jsou zvolené techniky charakterizace nanočástic dostatečně průkazné?
Jsou zvolené metodiky hodnocení toxických účinků nanočástic na bakterie dostatečně průkazné? Jaké jsou výhody nebo nedostatky?
Technika práce:
Metodou výzkumu bude realizace srovnávacího experimentu. Měření fyzikálních, chemických a mechanických parametrů (jako využití fluorescenční mikroskopie, SEM mikroskopie, konfokální mikroskopie, respirometrie, kultivační testy, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, Zetasizer analyser apod.). Provede se základní statistické vyhodnocení všech experimentů.
Metoda:
Kvalitativní.
Seznam doporučené literatury
ZAVISOVA, Vlasta et al. Effect of magnetic nanoparticles coating on cell proliferation and uptake. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2019, 472, 66-73. DOI 10.1016/j.jmmm.2018.09.116. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304885318320183
PEDRAM, Maysam Z., Amir SHAMLOO, Ebrahim GHAFAR-ZADEH a Aria ALASTY. Dynamic analysis of magnetic nanoparticles crossing cell membrane. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2017, 429, 372-378. DOI 10.1016/j.jmmm.2016.12.114. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304885316334941
ORHAN, Hande et al. Bacteria killer enzyme attached magnetic nanoparticles. Materials Science and Engineering: C. 2019, 94, 558-564. DOI 10.1016/j.msec.2018.10.003. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0928493118302352
GHAZZAL, Mohamed Nawfal et al. Magnetic nanoparticle with high efficiency for bacteria and yeast extraction from contaminated liquid media. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2017, 71, 62-68. DOI 10.1016/j.jtice.2016.12.030. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1876107016305405
KARVELAS, E.G., T.E. KARAKASIDIS a I.E. SARRIS. Computational analysis of paramagnetic spherical Fe3O4 nanoparticles under permanent magnetic fields. Computational Materials Science. 2018, 154, 464-471. DOI 10.1016/j.commatsci.2018.07.047. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0927025618304828
TORRES-MANCERA, María et al. Online Monitoring of Solid-State Fermentation Using Respirometry. Current Developments in Biotechnology and Bioengineering. Elsevier, 2018, 2018, s. 97-108. DOI 10.1016/B978-0-444-63990-5.00006-2. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/B9780444639905000062
DAVIDOVITS, Paul. Nanotechnology in Biology and Medicine. Physics in Biology and Medicine. Elsevier, 2019, 2019, s. 293-305. DOI 10.1016/B978-0-12-813716-1.00018-5. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/B9780128137161000185
ZAREI, S., M. NIAD a H.RAANAEI. The removal of mercury ion pollution by using Fe3O4-nanocellulose: Synthesis, characterizations and DFT studies. Journal of Hazardous Materials. 2018, 344, 258-273. DOI 10.1016/j.jhazmat.2017.10.009. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304389417307586
TRINH, Le Huu et al. A novel approach for synthesis of hierarchical mesoporous Nd2O3 nanomaterials. Journal of Rare Earths. 2017, 35(7), 677-682. DOI 10.1016/S1002-0721(17)60963-3 . Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1002072117609633
TAMGADGE, Yash Aditya et al. Synthesis and nonlinear optical properties of Zn doped TiO2 nano-colloids. Optical Materials. 2018, 86, 185-190. DOI 10.1016/j.optmat.2018.09.030. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0925346718306517
SINGH, Ranber. Unexpected magnetism in nanomaterials. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2013, 346, 58-73. DOI 10.1016/j.jmmm.2013.07.005. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304885313004812
Seznam doporučené literatury
ZAVISOVA, Vlasta et al. Effect of magnetic nanoparticles coating on cell proliferation and uptake. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2019, 472, 66-73. DOI 10.1016/j.jmmm.2018.09.116. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304885318320183
PEDRAM, Maysam Z., Amir SHAMLOO, Ebrahim GHAFAR-ZADEH a Aria ALASTY. Dynamic analysis of magnetic nanoparticles crossing cell membrane. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2017, 429, 372-378. DOI 10.1016/j.jmmm.2016.12.114. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304885316334941
ORHAN, Hande et al. Bacteria killer enzyme attached magnetic nanoparticles. Materials Science and Engineering: C. 2019, 94, 558-564. DOI 10.1016/j.msec.2018.10.003. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0928493118302352
GHAZZAL, Mohamed Nawfal et al. Magnetic nanoparticle with high efficiency for bacteria and yeast extraction from contaminated liquid media. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2017, 71, 62-68. DOI 10.1016/j.jtice.2016.12.030. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1876107016305405
KARVELAS, E.G., T.E. KARAKASIDIS a I.E. SARRIS. Computational analysis of paramagnetic spherical Fe3O4 nanoparticles under permanent magnetic fields. Computational Materials Science. 2018, 154, 464-471. DOI 10.1016/j.commatsci.2018.07.047. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0927025618304828
TORRES-MANCERA, María et al. Online Monitoring of Solid-State Fermentation Using Respirometry. Current Developments in Biotechnology and Bioengineering. Elsevier, 2018, 2018, s. 97-108. DOI 10.1016/B978-0-444-63990-5.00006-2. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/B9780444639905000062
DAVIDOVITS, Paul. Nanotechnology in Biology and Medicine. Physics in Biology and Medicine. Elsevier, 2019, 2019, s. 293-305. DOI 10.1016/B978-0-12-813716-1.00018-5. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/B9780128137161000185
ZAREI, S., M. NIAD a H.RAANAEI. The removal of mercury ion pollution by using Fe3O4-nanocellulose: Synthesis, characterizations and DFT studies. Journal of Hazardous Materials. 2018, 344, 258-273. DOI 10.1016/j.jhazmat.2017.10.009. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304389417307586
TRINH, Le Huu et al. A novel approach for synthesis of hierarchical mesoporous Nd2O3 nanomaterials. Journal of Rare Earths. 2017, 35(7), 677-682. DOI 10.1016/S1002-0721(17)60963-3 . Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1002072117609633
TAMGADGE, Yash Aditya et al. Synthesis and nonlinear optical properties of Zn doped TiO2 nano-colloids. Optical Materials. 2018, 86, 185-190. DOI 10.1016/j.optmat.2018.09.030. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0925346718306517
SINGH, Ranber. Unexpected magnetism in nanomaterials. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2013, 346, 58-73. DOI 10.1016/j.jmmm.2013.07.005. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304885313004812
Přílohy volně vložené
1 CD ROM
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.