POKROČILÉ ORGANICKÉ MATERIÁLY A BIOMATERIÁLY

Laboratoř biokoloidů disponuje vybavením nezbytným pro základní strukturní a chemickou analýzu koloidních systémů.

• UV-VIS spektrofotometry Hitachi U3900 a  Varian Cary 50

• FT–IR spektrometr Nicolet iS50 včetně ATR jednorázového nástavce a Nicolet iS5

• vláknové spektrofotometry OceanOptics USB2000+ s UV-VIS a fluorescenčními optickými sondami

• automatický titrátor Schott Titroline Alpha, elektrochemické vybavení (analyzátor Istran EcaFlow 150GLP + standardní výbava pro měření pH, vodivosti a iontově-selektivní potenciometrie)

• disperzní analyzátory LUMiSizer a ZetaSizer Nano ZS, 
  ultrazvukový spektrometr HR-US 102T

• SEC Chromatograf (Agilent Technologies) + Optilab T-rex (Wyatt) + Viscostar-II Viscometer (Wyatt) + DAWN HELIOS5-II (Wyatt)

• EURO EA Elemental Analyzer (Euro Vector Instruments & Software)

Metoda dynamického rozptylu světla je využívána při stanovení distribuce velikostí částic v kapalných koloidních systémech. Přístroj ZetaSizer Nano ZS zároveň umožňuje stanovení elektrokinetického (zeta) potenciálu a jeho závislosti na pH a dále odhad molekulové hmotnosti metodou statického rozptylu světla. Hodnota zeta potenciálu je využívána při hodnocení stability koloidních systémů. Ke stanovení velikosti částic je kromě rozptylu světla využívána také odstředivá analýza na přístroji LUMiSizer. Ten umožňuje detailní charakterizaci koloidních systémů, např. určení jejich stability resp. rychlosti sedimentace/vzplývání.

• Zetasizer Nano ZS
• LUMiSizer

Laboratoř biokoloidů disponuje unikátním vybavením pro studium jakýchkoliv systémů (kapalných i pevných, včetně práškových materiálů), které vykazují fluorescenci, fosforescenci, chemiluminiscenci nebo jakýkoliv jiný typ luminiscence. Do této kategorie patří celá řada vzorků z oblasti biologických i materiálových věd, systémy vykazující vlastní fluorescenci i systémy s přidanými fluorofory. Instrumentální vybavení laboratoře umožňuje stanovení  emisních, excitačních, 3D i synchronních spekter. Dále je možné stanovit dobu života od stovek pikosekund do desítek sekund. Měříme i v polarizovaném světle a při různých teplotách – od -10 °C do 100 °C a při teplotě kapalného dusíku. USB spektrometr v kombinaci s vláknovou fluorescenční sondou umožnuje snímat emisní spektra z různých vrstev vzorku a to jak pevných tak i kapalných bez nutnosti tyto látky umisťovat do měřící cely.

• Fluorolog (stacionární, polarizovaná fluorescence)
• FluoroCube (časově rozlišená fluorescence)
• AMINCO-Bowman Series 2 (stacionární fluorescence)
• integrační sféra (měření absolutních kvantových výtěžků)
• USB spektrometr OceanOptics USB2000+ s fluorescenční sondou

FCS je založen na sledování kolísání intenzity fluorescence pocházející z látek difundujících přes velmi malý pozorovaný objem. Z korelační analýzy těchto fluktuací lze získat informace o difúzních koeficientech pozorovaných látek (rotační a translační), o jejich molekulárním jasu, koncentraci atd. Časové fluktuace intenzity fluorescence, jsou zaznamenávány a analyzovány pomocí autokorelační funkce G (τ). Získané difúzní čas pak souvisí s jejich difúzním koeficientem D. V zředěném systému Stokes-Einsteinova vztahu může být použita k získání hydrodynamického poloměru.

ČASOVĚ ROZLIŠENÁ FCS

Autokorelační funkce je v tomto případě (ACF) se vypočítá z různých časů příchodu detekovaných fotonů na detektor. V případě, že vzorek obsahuje, například dva druhy difundujích fluoroforů, přispívají oba ke zjištěným fluktuacím intenzity a výsledná ACF je složitou superpozicí jednotlivých difúzních příspěvků, které daná metoda dokáže rozlišit.

DVOUFOKUSOVÁ FCS

2fFCS měří absolutní hodnoty difúzních koeficientů bez kalibračního vzorku se známým difúzním koeficienem, který je potřeba v konvenčním FCS. Základní myšlenka se skládá ze dvou zásadních změn ve srovnání s konvenční jednofokusovou FCS. Zaprvé, zavedení externího pravítka do systému generováním dvou příčně posunutých, ale překrývajících se laserových ohnisek, o pevné a známé vzdálenosti. Zadruhé, jsou tato dvě ohniska a odpovídající detekční oblasti vytvořené tak, aby byly dostatečně popsané jednoduchým dvouparametrickým modelem, čímž se získá přesná hodnota difúzních koeficientů.

Obecný schématický obrázek

Schématické naznačení principu Fluorescenční korelační spektroskopie. a) Epifluorescenční mikroskop s časovou fluktuací intrensity fluorescence. b) tvar excitačního paprsku s naznačeným idealizovaným konfokálním objemem. c) fluorescenčně značený vzorek polymer

POPIS ZAŘÍZENÍ

Toto zařízení je založeno na systému (Microtime 200, PicoQuant GmbH). Tento systém obsahuje epifluorescenční mikroskop se suchým, vodním a olejově imerze objektive (Olympus), čtyři lavinové fotodiody (2x τ-SPAD, 2x MPD) pro různé spektrální oblasti, spektrograf a CCD kamera (Andor). Jako excitační zdroje jsou používány pikosekundové laserové hlavice s excitačními vlnovými délkami 375, 405, 440, 470, 510 a 640 nm. Další možnost excitace zahrnuje použití infračerveného femtosekundového laseru (1030 nm) pro dvou fotonovou excitaci (Menlo GmbH). Protože tři laserové hlavice jsou zdvojené s různou polarizací (470, 510 a 640 nm), tak na těchto vlnových délkách může měřit dvoufokusovou FCS.

• Fluorescenční korelační spektroskopie (MicroTime 200, PicoQuant GmbH)

Ultrazvukový spektrometr s vysokým rozlišením je univerzálním nástrojem pro charakterizaci kapalných a polotuhých koloidních systémů a roztoků. Standardně se využívá např. při studiu agregačních procesů, mezimolekulových interakcí, struktury a stability koloidních soustav, kinetiky chemických reakcí a dalších procesů v koloidech a při určení kompresibility systému. Přístroj umožňuje také měření titračních a teplotních závislostí studovaných parametrů. Příklady aplikací metody v biotechnologiích a v průmyslu farmaceutickém, potravinářském, kosmetickém, petrochemickém a dalších, jsou uvedeny zde. Ultrazvuková měření jsou kombinována s přesným stanovením hustoty kapalin a měřením rychlosti zvuku při nižším rozlišení; u obou parametrů jsou měřeny jejich závislosti na teplotě.

• spektrometr HR-US 102T
• denzitometr DSA 5000

V rámci laboratoře biokoloidů se specializujeme na dvě základní techniky termické analýzy -termogravimetrickou analýzu (TGA) a diferenční kompenzační kalorimetrii (DSC) a na unikátní metodu izotermické titrační kalorimetrie (ITC).

• termogravimetrické analyzátory TGA Q5000 a TGA Q50 (TA Instruments)
• diferenční kompenzační kalorimetr DSC Q2000 (TA Instruments)
• modulární mikrokalorimetr TAM III (TA Instruments)

Laboratoř biokoloidů nabízí poměrně širokou analýzu mechanických vlastností tekutých, polotuhých až lehce tuhých materiálů, jako je viskozita tekutin, tokové vlastnosti tekutin, viskoelastické vlastnosti, stanovení meze toku, relaxačních vlastností apod.

• Reometr ARG2 (TA Instruments)
• Kapilární mikroviskozimetr AMVn a digitální hustoměr DMA 4500

Instrumentální vybavení je využíváno pro měření viskozit jak za konstantního zatížení vzorku tak tokové křivky, stanovení meze toku, viskoelastických dynamických vlastností a bodu gelace. Umožňuje studium stability a stárnutí vzorku, teplotních vlivů na mechanické vlastnosti materiálů, relaxaci vzorku po definovaném zatížení.

Přístroje umožňují měření širokého spektra materiálů od různých kapalin, přes biologické vzorky (séra, DNA, ad.), potraviny, kosmetické (emulze, krémy, gely) a farmaceutické produkty, stavební materiály, polymery.

Tato technika slouží ke stanovení viskozity a viskoelastických vlastností ultramalých objemů kapalin (jednotky mikrolitrů). Základem této metody je pozorování Brownova pohybu rozptýlených částic o definovaném průměru a následná obrazová analýza získaných dat.

• Microscope Nikon Eclipse e200

• Microscope Nikon Eclipse e200

Statické povrchové resp. mezifázové napětí je v laboratoři měřeno standardní metodou platinového kroužku nebo desky. Kromě toho je možné stanovit i smáčecí úhel, hustotu vzorku (na základě jeho vzplývání), nasákavost práškových materiálů a v kombinaci s automatickým titrátorem také kritickou miccelární koncentrace tenzidů.  Metoda maximálního tlaku plynu v bublině dále umožňuje studium dynamického mezifázového napětí na površích s dobou života do cca. 1 s.

• Tenziometr KSV Sigma 701
• Bublinový tenziometr BPA 800P

Laboratoř biokoloidů se také zaměřuje na studium transportu látek různými materiály. Vybavení laboratoře umožňuje stanovení prostupu různých látek skrz vrstvy materiálů, gely, membrány apod. Podle charakteru zkoumaných látek používáme k jejich stanovení různé analytické metody jako potenciometrie (ISE elektrody), konduktometrie, UV VIS spektrometrie, chronopotenciometrie a další. Naše pracoviště je vybaveno celou řadou kvalitních přístrojů vhodných pro toto použití. Modelovými příklady využití jsou např. průnik látek skrz membrány, prostupnost filtračních materiálů, transport aktivních látek v očních čočkách, transport léčiva v gelech nebo prostupnost obalových materiálů.

• horizontální difúzní cely
• spektrometr s vláknovými optickými prvky
• modul pro měření UV-VIS spekter v definovaných místech vzorku