CZ.1.07/2.3/.00/09.0224 NANOTEAM Budování výzkumných týmů a rozvoj univerzitního vzdělávání výzkumných odborníků pro mikro- a nanotechnologie Vývoj elektrochemických metod využívajících nanotechnologie pro environmentální mobilní detekční systémy Seminář na téma: Ing. Jiří Kudr 29.7. 2016 Ústav chemie a biochemie, místnost D06

Úvod Znečištění životního prostředí je v současné době celosvětovým problémem. Vzhledem k rostoucí industrializaci a urbanizaci znečišťování životního prostředí v průběhu 21. století výrazně akcelerovalo. V roce 2012 vedlo znečištění životní prostředí k 12,6 miliónům úmrtí, což představuje 23 % z celkového ročního úhrnu (WHO,2012). Zdroj: www.wikipedia.org Public health and environment [online]. WHO [vyd. 2012] Dostupné z: http://www.who.int/gho/phe/en/. 2

Automatizace v analýzách Potřeba provádět efektivně analýzy velkých počtů vzorků se odrazila v průniku automatizace do analytické chemie. Jedním z nejslibnějších jsou na průtoku založené systémy, které se vyznačují vysokou efektivitou při zachování opakovatelnosti měření. V 50. letech byla představena metoda nazvaná segmentová průtoková analýza (segmented flow analysis, SFA) (L. Skeggs, 1957). … FIA (Růžička a Hansen, 1975), SIA (Růžička a Marshall, 1990), BIA (Růžička a kol., 1993) ; Schéma FIA systému SKEGGS, L. T. An automatic method for colorimetric analysis. American Journal of Clinical Pathology, 1957, roč. 28. č. 3, s. 311-322. RUZICKA, J. a HANSEN, E. H. Flow injection analyses. 1. New concept of fast continuous-flow analysis. Analytica Chimica Acta, 1975, roč. 78. č. 1, s. 145-157. RUZICKA, J. a MARSHALL, G. D. Sequential injection - A new concept for chemical sensors, process analysis and laboratory assays. Analytica Chimica Acta, 1990, roč. 237. č. 2, s. 329-343. RUZICKA, J., POLLEMA, C. H. a SCUDDER, K. M. Jet ring cell - A tool for flowinjection spectroscopy and microscopy on a renewable solid support. Analytical Chemistry, 1993, roč. 65. č. 24, s. 3566-3570. 3

Cílem jsou oxidovatelné a redukovatelné látky. Elektrochemie Elektroanalytické metody jsou založeny na sledování elektrických veličin jako proud, potenciál nebo náboj v závislosti na chemických parametrech vzorku. Tyto univerzální metody dosahují dostatečné citlivosti a selektivity a stejně jako průtokové metody jsou vhodné k miniaturizaci. Cílem jsou oxidovatelné a redukovatelné látky. Výkon technik lze zlepšit modifikacemi povrchu elektrod. Elektrochemicky aktivní funkční skupiny. Elektrochemicky aktivní funkční skupiny. 4

Cíle 1) Sumarizovat informace o fluidních zařízeních s elektrochemickou detekcí 2) Vytvořit elektrochemickou metodu využívající nanotechnologie pro detekci anorganického znečištění. 3) Vytvořit elektrochemickou metodu pro detekci bakteriálního znečištění 4) Implementovat některou z těchto metod do průtokového zařízení 5

Sumarizace literatury Souhrnný článek o použití mikrofluidních zařízení s elektrochemickou detekcí v environmentálních analýzách. ODESLÁNO 6

Detekce anorganického znečištění CV GCE/GO v elektrolytu. AFM mikrograf GO a výškové profily GO. Ramanova spektra GCE, GCE/GO a GCE/ERGO. EIS spektra GCE, GCE/GO a GCE/ERGO. 7

Detekce anorganického znečištění Závislost redukčního signálu Zn(II) na koncentraci (1.0 –62.5 μM∙L−1) získaná metodou DPV a porovnání signálů Zn(II) (4.0 μM∙L−1) získaných pomocí GCE (zelená) a GCE/ERGO (červená). DPV voltamogramy roztoku Zn(II) (1.0 μM∙L−1) s různými koncentracemi Cd(II) (0 – 64.0 μM∙L−1). 8

9 AFM mikrograf GO a výškové profily GO. Signál Os(IV) na MFE. Závislost výšky pýku Os(IV) na potenciálu depozice Hg filmu (V), době dopozice (s) a pH elektrolytu 9

10 TEST KONCEPTU NA VYBRANÉM GENU TEST KONCEPTU NA VYBRANÉM GENU V LINEÁRNÍM PLAZMIDU 10

Cíl 4 11 Reakce použitá k detekci bakterií. Optimalizace průtoků pro detekci 1-naftolu. Optimalizace depozičního času 1-naftolu. Kalibrační křivka 1-naftolu. 11

Schéma přípravy vzorků pro vyhodnocení funkčnosti magnetických částic. Růstová křivka vzorku S. aureus izolovanáho pomocí MP modifikovanými grafenem a glukózou. Schéma průtokového zařízení použitého pro průtokovou detekci S. aureus. 12

Schéma kultivační komory a platformy Orpheus s integrovaným detekčním zařízením. Robotická platforma Orpheus. 13

Závěr Vytváření automatizovaných analytických metod je prvním krokem ke snižování znečištění prostředí. Prokázali jsme, že moderní nanotechnologické postupy jsou vhodné pro zlepšení parametrů elektrochemických analýz. Vytvořili jsem automatizovanou metodu pro detekci bakteriálního znečištění a implementovali ji na robotické vozidlo. 14

doc. RNDr. Pavel Kopel, PhD. prof. RNDr. Vojtěch Adam, PhD. Poděkování RNDr. Ondřej Zítka, PhD. doc. RNDr. Pavel Kopel, PhD. prof. RNDr. Vojtěch Adam, PhD. Děkuji za pozornost.