Seznam anotací:

1. Nový způsob atomizace těkavých sloučenin pro atomovou absorpční spektrometrii (ÚIACH)
2. Karboranová a heterokarboranová analoga cyklopentadienylového aniontu (ÚACH)
3. Komplexní model tavícího procesu skel (ÚACH)
4. Interakce bází nukleových kyselin (ÚFCH JH)
5. Struktura a aktivita Co center v matricích zeolitů při selektivní redukci oxidů dusíku metanem v oxidační atmosféře (ÚFCH JH)
6. Obecný význam rezonančního zesílení tunelování elektronů v elektronové a iontové autoemisi pro poznání elementárních kroků povrchových chemických interakcí (ÚFCH JH)
7. Superkritická extrakce silic ze semen (ÚCHP)
8. Stabilita homogenních probublávaných vrstev (ÚCHP)
9. Cíleně směrovaná polymerní cytostatika (ÚMCH)
10. Membrány pro palivové články (ÚMCH)
11. Organicko-anorganické nanokompozitní materiály (ÚMCH)
12. Kapilární elektroforéza s regulací elektroosmotického toku vnějším radiálním elektrickým polem (ÚOCHB)
13. Mechanismus metabolické aktivace nových protivirových látek (ÚOCHB)
14. Schopnost retrovirových proteinů tvořit organizované struktury (ÚOCHB)

---

4.1. Nový způsob atomizace těkavých sloučenin pro atomovou absorpční spektrometrii

Jiří Dědina, Tomáš Matoušek

Proces probíhající při tavení skel v průtočných tavicích prostorech zahrnuje hydrodynamiku taveniny, homogenizační děje a chemické reakce ovlivňující tyto děje. Současné matematické modely popisující průběh tohoto komplexního procesu však nezvažují vzájemné vlivy mezi ději a mezi soubory nehomogenit a taveninou. Důsledkem takového zjednodušení jsou zkreslení vypočtených teplotních, rychlostních i koncentračních polí v prostorech, vlastní všem dosud užívaným matematickým modelům.

Tým ÚACH ve spolupráci s programátory firmy Glass Service, a.s., vypracoval model procesu beroucí v úvahu kinetiku a vliv souborů vícesložkových bublin i vliv pevných částic na hydrodynamiku taveniny, a tím i výsledná koncentrační pole částic v prostorech. Model odráží podstatně věrněji skutečný průběh tavicího procesu a má význam pro nové konstrukce sklářských tavicích pecí, jejich inteligentní řízení a řízení kvality připravovaných skel.

• Kloužek, J., Němec, L., Ullrich, J.: Modelling of the refining space working under reduced pressure. - Glass Sci. Technol. 73: 231-238 (2000).
• Němec, L., Kloužek, J.: The absorption of H2 and CO from bubbles in a glass melt. - Ceramics-Silikáty 44: 129-134 (2000).
• Matyáš, J., Němec, L., Jiřička, M., Franěk, A.: Bubble impact on glass melting in a melting space. - In: International Glass Conference Glass in the New Millenium "Challenges and Break-through Technologies", May 15-17, 2000, Amsterdam (Proceedings na CD).

---

4.2. Karboranová a heterokarboranová analoga cyklopentadienylového aniontu

B. Štíbr, B. Grüner, J. Holub, T. Jelínek, D. Hnyk, M. Bakardjiev

Byla připravena trikarbaboranová analoga cyklopentadienylového (Cp^-) aniontu obecného vzorce [7-R₂N-nido-7,8,9-C₃B₈H₁₀] ^- (R = ^tBu). Komplexačními reakcemi s RuCl₂.4DMSO a FeCl₂ byla připravena odpovídající analoga ferrocenu a ruthenocenu - řada tří isomerních komplexů obecného složení [M(II)(RNH-nido-7,8,9-C₃B₈H₁₀)₂], lišících se polohou aminoskupiny vzhledem ke kovovému centru. Dále byly sledovány reakce vedoucí k inkorporaci atomu P do klastrové polohy v různých 9- a 10-vrcholových dikarbaboranech. Výsledkem byla isolace řady nových typu fosfakarbaboranových analogů Cp ^- aniontu. Tak byly isolovány isomerní nido fosfadikarbaborany obecného složení [PC₂B₈H₁₀] ^- a PC₂B₈H₁₁. Rovněž byla isolována klastrová analoga 11-vrcholových nido tetrakarbaboranů, a to tři isomerní klastry obecného vzorce P₂C₂B₇H₉ a deriváty trifosfakarboranu P₃CB₇H₈H. Získané fosfakarboranové sloučeniny představuji klastrové ligandy nového typu pro tvorbu kvalitativně nových metallafosfakarboranů - analogů ferrocenu a lomených metalocenů.

• Štíbr B., Grüner B., Holub J., Teixidor F., Vinas C., Lehtonen A., Sillanpää R., Kivekäs R.: Metallatricarbollide ligands - Analogues of [h⁵-C₅H₅] ^-. In 'Contemporary Boron Chemistry, M. G. Davidson, A. K. Hughes, T. B. Marder, Eds., Royal Society: Cambridge, 2000, 337-344.
• Holub J., Ormsby D. L., Kennedy J. D., Greatrex R., Štíbr B.: Phosphacarborane chemistry. New cluster isomers in the eleven-vertex nido-phosphadicarbaborane series: Synthesis of the nido phosphadicarbaboranes 7,8,11-PC₂B₈H₁₁, [7,8,11-PC₂B₈H₁₀] ^-, and 7-Ph-7,8,10-PC₂B₈H₁₀. Inorg. Chem. Commun. 3, (2000), 178-181. Ormsby D. L., Greatrex R., Štíbr B., Kennedy J. D.: Bond rotamers and calculated ¹¹B NMR chemical shifts in boron-containing cluster chemistry. Some effects in the {nido-7,8,10-PC₂B₈} system. J. Organomet. Chem., v tisku.
• Holub J., Jelínek T., Hnyk D., Plzák Z., Císařová I., Bakardjiev M., Štíbr B.: Phosphacarborane Chemistry. The 7,8,9,11-, 7,9,8,10-, and 7,8,9,10-isomers of nido-P₂C₂B₇H₉ - Diphosphadicarbaborane Analogues of 7,8,9,10-C₄B₇H₁₁. Eur. J. Inorg. Chem., v tisku.
• Jelínek T., Hnyk D., Holub J., Štíbr B.: Phosphacarborane chemistry. Nido triphosphacarboranes 4-CH₃-7,8,9,10-P₃CB₇H₇ and 4-CH₃-11-Cl-7,8,9,10-P₃CB₇H₆, analogues of 7,8,9,10-C₄B₇H₁₁ and the first examples of boron clusters contanining three phosphorus vertices. Inorg. Chem., v tisku.

---

4.3. Komplexní model tavícího procesu skel

L. Němec, J. Matyáš, J. Kloužek,

Proces probíhající při tavení skel v průtočných tavicích prostorech zahrnuje hydrodynamiku taveniny, homogenizační děje a chemické reakce ovlivňující tyto děje. Současné matematické modely popisující průběh tohoto komplexního procesu však nezvažují vzájemné vlivy mezi ději a mezi soubory nehomogenit a taveninou. Důsledkem takového zjednodušení jsou zkreslení vypočtených teplotních, rychlostních i koncentračních polí v prostorech, vlastní všem dosud užívaným matematickým modelům.

Tým ÚACH ve spolupráci s programátory firmy Glass Service, a.s., vypracoval model procesu beroucí v úvahu kinetiku a vliv souborů vícesložkových bublin i vliv pevných částic na hydrodynamiku taveniny, a tím i výsledná koncentrační pole částic v prostorech. Model odráží podstatně věrněji skutečný průběh tavicího procesu a má význam pro nové konstrukce sklářských tavicích pecí, jejich inteligentní řízení a řízení kvality připravovaných skel.

• Kloužek, J., Němec, L., Ullrich, J.: Modelling of the refining space working under reduced pressure. - Glass Sci. Technol. 73: 231-238 (2000).
• Němec, L., Kloužek, J.: The absorption of H2 and CO from bubbles in a glass melt. - Ceramics-Silikáty 44: 129-134 (2000).
  Matyáš, J., Němec, L., Jiřička, M., Franěk, A.: Bubble impact on glass melting in a melting space. - In: International Glass Conference Glass in the New Millenium "Challenges and Break-through Technologies", May 15-17, 2000, Amsterdam (Proceedings na CD).

---

4.4. Interakce bází nukleových kyselin

P. Hobza, J. Šponer

Nukleové kyseliny (DNK a RNK) jako klíčové biomolekuly patří mezi nejstudovanější objekty soudobé přírodovědy. Biologické funkce nukleových kyselin (NK) se realizují především na základě jejich trojrozměrného prostorového uspořádání a molekulových interakcí. Jedním ze základních elementů struktury NK jsou jejich dusíkaté báze. Molekulové interakce bází NK mají rozhodující vliv na strukturu a funkci NK a jsou odpovědny za uchování i přepis genetické informace a sekvenčně závislé funkce NK. Tým ÚFCH JH v posledních letech přispěl podstatně k pochopení těchto interakcí tím, že za použití nejmodernějších metod soudobé kvantové chemie komplexně analyzoval všechny základní typy interakcí bází NK. Kvantově-chemické studie poprvé poskytly věrohodný a kompletní fyzikálně chemický popis energetiky a fyzikálního původu interakcí bází NK, jako jsou vertikální interakce, vodíkové můstky, a další. Provedené výpočty zahrnující klíčové efekty elektronové korelace jsou přesností srovnatelné s nejlepšími experimentálními technikami v plynné fázi, a vzhledem ke kritickému nedostatku experimentálních údajů představují základní zdroj informací o energetice interakcí bází NK. Jsou proto využívány v mnoha laboratořích jako referenční údaje například pro parametrizaci a verifikaci empirických potenciálů pro molekulové modelování a další účely. V rámci projektu bylo publikováno v uplynulých 5 letech asi 50 původních a přehledných vědeckých prací v prestižních mezinárodních časopisech, jejichž citační ohlas přesáhl 500 citací.

• Hobza, P., Šponer, J.: Structure, energetics, and dynamics of the nucleic acid base pairs: Nonempirical ab initio calculations. - Chem. Rev. 99: 3247 (1999).
• Kratochvíl, M., Šponer, J., Hobza, P.: Global minimum of the adenine thymine base pair corresponds neither to Watson-Crick nor to Hoogsteen structures. Molecular dynamic/quenching/AMBER and post Hartree-Fock ab initio study. - J. Amer. Chem. Soc. 122: 3495 (2000).

---

4.5. Struktura a aktivita Co center v matricích zeolitů při selektivní redukci oxidů dusíku metanem v oxidační atmosféře

B. Wichterlová, J. Dědeček, Z. Sobalík

Byla vyvinuta komplexní analýza umístění a vazby Co iontů v matricích zeolitů s pentasilovou strukturou (nedostupná z XRD). Analýza vychází z porovnání spektrálních a difrakčních dat pro Co ionty reflektujících jejich koordinaci, perturbace mříže zeolitu v důsledku vazby s Co iontem, délky Co-O vazeb získaných z UV-Vis-NIR, IR a EXAFS spekter, a ze známých lokálních struktur matric zeolitů. Na základě této analýzy byla určena struktura, lokalizace a strukturní stabilita tří typických Co center charakteristických pro pentasilové struktury zeolitů (topologie MFI, FER, MOR) a jejich chování v interakci s reaktanty relevantními pro redukci NO metanem, tj. NO, O₂ a H₂O.

Analýza aktivity a selektivity Co-zeolitů MFI, FER a MOR struktury v selektivní redukci NO (o nízké koncentraci - 1000 ppm) metanem ve vysoce oxidační atmosféře (3 obj. % O₂), tak jak existuje v exhalátech spalovacích procesů, ukázala v korelaci s výše uvedenými parametry Co iontů:

(i) vysokou a jedinečnou aktivitu atomárně dispergovaných Co iontů ve struktuře zeolitů;

(ii) zásadní význam matrice zeolitu pro jejich reaktivitu a jejich rozdílné vlastnosti od Co iontů ve formě oxidických klastrů;

(iii) vysokou aktivitu Co iontů lokalizovaných ve velkých kanálech zeolitů, a především Co iontů s velmi otevřenou koordinační sférou;

(iv) zásadní význam vzájemné vzdálenosti Co iontů pro jejich aktivitu v selektivní redukci NO metanem. To indikuje správnost našich představ o mechanismu této reakce s účastí dvou katalytických center.

Provedená analýza je obecně využitelná pro divalentní kationty v matricích zeolitů. Závěr, že rozklad NO probíhá na jednom centru, kdežto selektivní katalytická redukce NO vyžaduje spolupráci dvou center, zcela mění dosavadní názor na mechanismus těchto reakcí. Toto poznání vytváří podklad pro cílenou syntézu katalyzátorů pro odstraňování oxidu dusíku z plynů bohatých kyslíkem.

• [1] Z. Sobalík, J. Dědeček, D. Kaucký, B. Wichterlová, L. Drozdová, R. Prins: Structure, distribution and properties of Co ions in ferrierite revealed by FTIR, UV-Vis, and EXAFS. J. Catal. 194, 330 (2000).
• [2] D. Kaucký, A. Vondrová, J. Dědeček, B. Wichterlová: Activity of Co ion sites in ZSM-5, ferrierite and mordenite in selective catalytic reduction of NO with methane. J. Catal. 194, 318 (2000).
• [3] B. Wichterlová, J. Dědeček, Z. Sobalík: Single metal ions in host zeolite matrices. Structure-activity-selectivity relationship. A review. NATO Advanced Studies Institute (zasláno do tisku).

---

4.6. Obecný význam rezonančního zesílení tunelování elektronů v elektronové a iontové autoemisi pro poznání elementárních kroků povrchových chemických interakcí

Z. Knor

Na základě experimentálního studia autoemise elektronů ze systémů s dvojitou potenciálovou barierou (při autoemisi elektronů ze systémů kov-oxid-kov, tj. MOM systémů, a při iontové autoemisi z povrchů kovů) byla podána jednotná interpretace obrazů z autoemisních elektronového a iontového mikroskopu, využívající efektu rezonančního zesílení tunelování popsaného v teoretické literatuře. Tato interpretace umožnila pochopit jak specifické rysy autoemise iontů (anizotropii zobrazení izolovaného atomu kovu adsorbovaného na atomárně hladké krystalové ploše, změny anizotropie při přeskoku tohoto atomu na jiný typ adsorpčního místa, apod.), tak i neobvykle silnou autoemisi elektronů z MOM systémů.

MOM systémy představují modely kovových katalyzátorů na oxidickém nosiči. Na základě uvedených výsledků byl navržen obecný molekulární mechanismus katalytických reakcí na dispergovaných kovech, ve kterém je respektován jak význam povrchové elektronové struktury, tak i úloha dynamiky přenosu elektronů a energie. "Dočasné uložení" přebytečné energie (kinetické energie molekul ve fluidní fázi, energie uvolněné při zachycení molekul na povrchu, energie uvolněné při vlastní povrchové reakci) ve formě vibrací krystalové mříže (vznik fononů) či elektronového plynu (vznik plasmonů), nebo ve formě elektronové excitace pevné fáze (mezipásové přeskoky elektronů, vznik páru elektron-díra) umožňuje využití této energie pro migraci narušených částic reaktantů z místa záchytu, kde jsou silně vázány (schody a poruchy v krystalové mříži), na místa s nižší energií vazby (terasy). Tím se podstatně zvýší pravděpodobnost srážky částic reaktantů s vhodným partnerem, vedoucí k vzniku produktu reakce a jeho desorpci. Přenos energie a elektronů lze ovlivnit volbou MOM systému.

Kromě gnoseologického významu pro heterogenní katalýzu má provedené studium MOM systémů i přímý vztah k praxi, neboť na jejich základě lze racionálně konstruovat výkonné autoemisní katody s dlouhou životností pro transmisní elektronové mikroskopy s vysokým rozlišením či autoemisní katody Spindtova typu pro ploché obrazovky s vysokým jasem, velkým rozlišením a rychlou reakcí.

• [1] Z. Knor: Tunneling in a double-barrier system and its practical implications for field ionization and field emission. Ultramicroscopy 79, 1 (1999).
• [2] J. Plšek, Z. Knor: Field emission study of metal-oxide-metal systems. Appl. Surface Sci. 171, 157 (2001).

---

4.7. Superkritická extrakce silic ze semen

H. Sovová, R.P. Stateva (Bulharská akademie věd)

Rostlinné silice neboli éterické oleje nacházejí uplatnění nejen při výrobě kosmetiky a potravin, ale i v medicíně. Mnohé z nich jsou účinnými antioxidanty. Z rostlin se běžně získávají destilací vodní párou, přitom se však může vlivem vysokých teplot snížit jejich kvalita. Mnohem šetrnější metodou izolace přírodních látek je extrakce stlačeným oxidem uhličitým neboli superkritická extrakce. Při tomto postupu určuje tlak spolu s teplotou rozpustnost žádaných látek ve stlačeném plynu a tím i množství a složení získaného extraktu. Optimální extrakční tlak a teplota pro konkrétní extrakt se vyhledávají empiricky, protože ucelená teorie superkritické extrakce z rostlin ještě nebyla zformulována.

Cílem výzkumu je odvodit spolehlivé modely superkritické extrakce z rostlin a využít je k optimalizaci extrakčních podmínek. V této etapě tým ÚCHP ve spolupráci s týmem Bulharské akademie věd modeloval extrakce silic ze semen, kde je vždy přítomen také olej, a vymezil podmínky, kdy rychlost extrakce silice je maximální, ale rostlinný olej se ještě neextrahuje. Součástí modelu je rovnice pro výpočet rozpustnosti rostlinného oleje ve stlačeném oxidu uhličitém v závislosti na tlaku, teplotě a chemickém složení oleje, použitelná při optimalizaci superkritické extrakce různých dieteticky cenných olejů, jako je například pupalkový nebo rakytníkový olej.

• Sovová, H., Stateva, R.P., Galushko, A.A.: Essential oils from seeds: Solubility of limonene in supercritical CO₂  and how it is affected by fatty oil. - J. Supercritical Fluids (v tisku).
• Sovová, H., Zarevúcká, M., Vacek, M., Stránský, K.: Solubility of two vegetable oils in supercritical CO₂ . - J. Supercritical Fluids (v tisku).

---

4.8. Stabilita homogenních probublávaných vrstev

J. Drahoš, J. Zahradník, M. Růžička

Jedním z důležitých odvětví hydrodynamiky je obor vícefázových toků. Jedná se o studium proudění soustav, skládajících se ze dvou a více fází. Příkladem je proudění plynu obsahujícího rozptýlené kapky či tuhé částice, nebo proudění vody obsahující částice, kapky či bubliny. Z praktického hlediska je vícefázové proudění velmi důležité, protože tvoří součást mnoha průmyslově významných technologií v chemii, farmacii a biotechnologii a je rovněž základem čištění a úpravy vod. Tento druh proudění je nesmírně zajímavý po vědecké stránce, neboť je nepoměrně složitější než proudění jednofázové, které samo o sobě není dodnes zcela probádané. Jedním z výzkumných témat našeho oddělení je studium obecných zákonitostí chování bublin v kapalině. Toto téma nabízí řadu vědeckých problémů zahrnujících jak procesy tvorby jednotlivých bublin a jejich chování při průchodu kapalinou, tak i složité jevy při vzájemné interakci bublin, včetně kolektivního chování jejich početných populací. Naším cílem bylo zjistit, za jakých podmínek je možné vytvářet probublávané vrstvy s vysokým počtem bublin a jejich rovnoměrným rozložením. Takové vrstvy jsou žádané při některých průmyslových operacích v probublávaných kolonách. Výzkum ukázal, že homogenní vrstvy lze získat pouze pro určité hodnoty parametrů systému, což jsou např. konstrukce rozdělovače plynu, velikost bublin, viskozita kapaliny, přítomnost povrchově aktivních látek apod. Dále bylo zjištěno, že tyto husté a homogenní vrstvy existují pouze pro malé průtoky plynu. Při větších průtocích plynu homogenní vrstvy ztrácejí stabilitu a objevují se v nich silné a nepravidelné cirkulace kapaliny, které vynášejí pomalu stoupající bubliny k hladině a tím snižují jejich koncentraci ve vrstvě. Naše výsledky základního výzkumu tohoto problému jsou v publikacích:

• Růžička M., Drahoš J., Zahradník J., Thomas N.H.: Structure of gas pressure signal at two-orifice bubbling from a common plenum. - Chem. Eng. Sci. 55: 421-429 (2000).
• Růžička M., Zahradník J., Drahoš J., Thomas N.H.: Homogeneous-heterogeneous regime transition in bubble columns. Chem. Eng. Sci. (v tisku).

---

4.9. Cíleně směrovaná polymerní cytostatika

K. Ulbrich, J. Strohalm, V. Šubr, D. Plocová

Ve spolupráci týmu chemiků ÚMCH AV ČR a biologů MBÚ AV ČR a z univerzity v Keele (Anglie) byla vyvinuta polymerní cytostatika umožňující cílenou terapii některých nádorových onemocnění. Součástí polymerního léčiva je polymerní nosič, dále cytostatikum vázané ve své neaktivní a tedy i netoxické formě k tomuto nosiči a molekula protilátky, která je schopna dopravit cytostatikum adresně k nádoru nebo vybranému typu nádorových buněk. Při vhodně voleném připojení léčiva k polymernímu nosiči dojde k uvolnění aktivního léčiva přednostně v nádorových buňkách. Při léčbě modelových nádorů u myší bylo prokázáno, že použití polymerních léčiv vede nejen k podstatnému zvýšení vlastního terapeutického účinku původního cytostatika, ale zároveň se i eliminují vedlejší a často velmi toxické účinky, doprovázející klasickou léčbu běžnými cytostatiky.

V roce 2000 byly vypracovány technologické postupy syntézy polymerních cytostatik umožňující převod syntézy z miligramových množství na množství gramová a byly zdokonaleny metody charakterizace meziproduktů i konečné lékové formy. Stavebnicový charakter syntézy dovolil přípravu polymerního nosiče, který je stálý a dobře skladovatelný. Tento nosič může být použit pro přípravu polymerního léčiva připraveného "na míru" pro konkrétního pacienta připojením směrující protilátky, získané například z imunoglobulinové frakce jeho krve. Na základě schválení etické komise bylo takové protilátkou směrované polymerní kancerostatikum připraveno a ve spolupráci s Fakultní nemocnicí v Motole je v současné době zkoušeno pro použití v humánní medicíně. Výsledky klinického testování nesměrovaných polymerních léčiv prováděného v Anglii i naše předběžné výsledky demonstrují značný potenciál polymerních léčiv při léčbě nádorových onemocnění u člověka.

• Ulbrich, K., Šubr, V., Strohalm, J., Plocová, D., Jelínková, M., Říhová, B.: Polymeric drugs based on conjugates of synthetic and natural macromolecules I. Synthesis and physico-chemical characterisation. - J. Controll. Rel. 64: 63-79 (2000).
• Říhová, B., Jelínková, M., Strohalm, J., Šubr, V., Plocová, D., Hovorka, M., Novák, M., Plundrová, D., Germano, Y., Ulbrich, K.: Polymeric drugs based on conjugates of synthetic and natural macromolecules II. Anti-cancer activity of antibody or (Fab´)2-targeted conjugates and combined therapy with immunomodulators. - J. Controll. Rel. 64: 241-261 (2000).
• Ulbrich, K., Šubr, V., Pechar, M., Strohalm, J., Jelínková, M., Říhová, B.: Hydrophilic polymers for drug delivery. - Macromol. Symp. 152: 151-162 (2000).
• Říhová, B., Jelínková, M., Strohalm, J., Šťastný, M., Hovorka, M., Plocová, D., Kovář, M., Drábelová, L., Ulbrich, K.: The anti-proliferative effect of lectin- and anti-Thy-1.2 antibody-targeted HPMA copolymer-bound doxorubicin on primary and methastatic human colorectal carcinoma and on human colorectal carcinoma transfected with mouse Thy-1.2 gene. - Bioconjugate Chem. 11: 664-673 (2000).

---

4.10. Membrány pro palivové články

J.Schauer, B. Kosmala, M. Bleha

Palivové články jako zdroj elektrické energie jsou účinné, spolehlivé, lehké, velmi kompaktní a především ekologické, protože odpadním produktem je voda. Jejich současnou vysokou cenu určují ceny platinového katalyzátoru a používaných membrán (membrány z perfluorovaných kopolymerů, na př. membrána Nafion, Dupont, USA). Tyto články se používají jako zdroj elektrické energie v kosmických lodích, v budoucnu by měly nahradit i spalovací motory v automobilech a autobusech, malé palivové články budou sloužit jako zdroj elektrické energie pro malé spotřebiče jako jsou mobilní telefony. Pro nové typy palivových článků, v nichž bude palivem methanol místo vodíku se vyvíjejí nové typy membrán, které by měly být stejně kvalitní a podstatně levnější.

Připravili jsme membrány z chemicky a tepelně odolných aromatických polymerů, z sulfonovaného polyfenylenoxidu (polymerní kyselina) a z bazických polymerů polybenzimidazolu a poly(2-ethylanilinu). Ve výsledné fólii (membráně) vytvářejí sulfoskupiny sulfonovaného polyfenylenoxidu a bazické skupiny druhého polymeru iontové vazby. Oba polymery jsou vzájemně svázány a výsledná membrána má proto výborné mechanické vlastnosti. Palivové články vybavené membránami s optimálním poměrem sulfonovaného polyfenylenoxidu a bazického polymeru mají v laboratorních podmínkách výkon srovnatelný s články používajícími standardní membránu Nafion.

• Kosmala, B., Schauer, J.: Ion-Exchange Membranes Prepared by Blending Sulfonated Poly(2,6dimethyl-1,4-phenylene oxide) with Polybenzimidazole. - Journal of Applied Polymer Science, v redakci
• Schauer, J., Kosmala, B.: Ion-exchange membranes prepared by blending of sulfonated poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) with polyalkylnilines or polybenzimidazole. - International Congress Euromembrane 2000, September 2000, Jerusalem, Israel.
• Kosmala, B., Schauer, J.: Development of fuel-cell membranes based on sulfonated poly(phenylene oxide) and polybenzimidazole. - 14^th International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA 2000, August 2000, Praha.

---

4.11. Organicko-anorganické nanokompozitní materiály

L. Matějka, O. Duch, B. Meissner

Perspektivním materiálem pro náročné aplikace nových technologií jsou organicko-anorganické (O-A) hybridní polymery. Tyto systémy v sobě mohou spojovat výhodné vlastnosti obou svých složek. Vysokou tvrdost, tepelnou odolnost a nehořlavost anorganických materiálů při zachování houževnatosti typické pro organické polymery. Rozvoj hybridních systémů v poslední době byl způsoben využitím jednoduchého způsobu přípravy, tzv. sol-gel polymerace. Tato syntéza představuje nenáročný nízkoteplotní proces (do 100 ⁰C) ve srovnání s klasickou přípravou keramických materiálů, vyžadujících teplot okolo 1000 ⁰C. V průběhu polymerace dochází k separaci organické a anorganické fáze a vznikající křemičité domény jsou molekulárně rozptýleny v organickém polymeru. Tyto tvrdé domény o rozměrech jednotek až stovek nanometrů způsobují ztužení polymeru a zvyšují jeho tepelnou odolnost. U epoxy-křemičitých nanokompozitů bylo dosaženo zvýšení tvrdosti, tepelné odolnosti a modulu pružnosti, jenž vzrostl až o 2 řády při relativně nízkém obsahu křemičité složky (< 10%). Byly nalezeny zákonitosti vývoje struktury, umožňující optimalizaci polymeračního procesu a regulaci struktury a vlastností hybridu. Při sol-gel polymeraci za vhodných podmínek vznikají kompaktní křemičité struktury, které byly použity jako molekulární nanometrové stavební bloky pro syntézu O-A hybridů. Nanostrukturní materiály pro své nesporné přednosti nacházejí stále širší uplatnění. Kromě kompozitních materiálů předpokládáme využití těchto systémů zejména v oblasti transparentních ochranných nátěrů se zvýšenou odolností vůči mechanickému poškození a vůči agresivnímu prostředí. V současné době studujeme však i novou generací hybridů - vrstevnaté O-A nanokompozity napodobující biomateriály typu lastur, příp. kostí.

• Matějka, L., Dukh, O., Kolařík, J.: Reinforcement of crosslinked rubbery epoxies by in-situ formed silica. - Polymer 41: 1449-1459 (2000)
• Matějka, L., Dukh, O., Brus, J., Simonsick, W. J., Meissner, B.: Cage-like structure formation during sol-gel polymerization of glycidyloxypropyltrimethoxysilane. - J.Non-Cryst.Solids 270: 34-47 (2000)
• Matějka, L., Dukh, O. : Organic-inorganic hybrid networks: Macromol.Symp., v tisku
• Matějka, L., Dukh, O., Hlavatá, D., Meissner, B., Brus, J.: Cyclization and selforganization of trialkoxysilanes. - Macromolecules, odesláno do tisku

---

4.12. Kapilární elektroforéza s regulací elektroosmotického toku vnějším radiálním elektrickým polem.

Byl vyvinut nový typ kapilárního elektroforetického analyzátoru, který je využíván při analýze a preparaci biologicky aktivních peptidů a bílkovin, např. derivátů insulinu, dalarginu, vasopresinu aj., připravovaných na našem pracovišti a potenciálně využitelných v humánní a veterinární medicíně. Zařízení je vybaveno pneumatickým systémem pro dávkování vzorku, UV-fotometrickým detektorem a třemi zdroji vysokého napětí pro regulaci elektrokinetického potenciálu a elektroosmotického toku v kapiláře vnějším radiálním elektrickým polem, které umožňuje optimalizovat rychlost analýzy a účinnost a rozlišení kapilárních elektromigračních separací peptidů, bílkovin i jiných (bio)analytů v závislosti na rozdílech jejich elektroforetických pohyblivostí. Pro aplikaci vnějšího elektrického pole byl vyvinut nový způsob přípravy vnějších nízkovodivých polymerních povlaků kapilár na bázi polyanilinu. Nové vnitřní povlaky křemenných kapilár přispívají ke snížení sorpce analyzovaných peptidů a bílkovin na stěnu kapiláry, čímž se zvyšuje účinnost a rozlišení jejich elektromigračních separací.

Zařízení bylo nabídnuto k dalšímu vývoji a případné výrobě naší průmyslové sféře.

• Kašička V., Prusík Z., Sázelová P., Brynda E., Stejskal J.: Capillary zone electrophoresis with electroosmotic flow controlled by external radial electric field. Electrophoresis 20 (1999) 2484-2492.
• Kašička V., Prusík Z., Sázelová P., Chiari M., Mikšík I., Deyl Z.: External electric field con-trol of electroosmotic flow in non-coated and coated fused silica capillaries and its application for capillary electrophoretic separations of peptides, J. Chromatogr. B, 741 (2000) 43-54.
• Mikšík I., Deyl Z., Kašička V.: Capillary electrophoretic separation of proteins and peptides using Pluronic liquid crystals and surface-modified capillaries, J. Chromatogr. B, 741 (2000) 37-42.

---

4.13. Mechanismus metabolické aktivace nových protivirových látek

V rozsáhlé studii byl postupně odhalen mechanismus metabolické aktivace (fosforylace), která podmiňuje therapeutickou účinnost nových virostatik - acyklických nukleosidfosfonátů. Experimentální výsledky ukázaly, že první fosforylační krok je katalyzován buněčnými nukleosid-5'-fosfátkinasami, a to zcela specificky v závislosti na purinové basi. Intracelulární fosforylace guaninových derivátů probíhá za účasti všech isoenzymů guanylátkinas s různou relativní účinností, která se pohybuje od 1 do 12% ve srovnání s přirozeným substrátem GMP, přičemž acyklické guaninové nukleosidfosfonáty působí jako substrát-inhibitory. Inhibiční potence jednotlivých analogů vůči isoenzymům GMP-kinasy klesá v pořadí (S)-HPMPG > (R)-PMPG > PMEG > (R)-HPMPG > (S)-PMPG > PMEDAP = (R)-PMPDAP = (S)-PMPDAP, s tím, že charakter inhibice u jednotlivých látek je rozdílný. Naproti tomu fosforylace adeninových a 2,6-diaminopurinových derivátů PME, HPMP a PMP řady je katalyzována pouze jedním z isoenzymů AMP-kinasy (mitochondriální typ AK2). Relativní účinnost fosforylace přitom klesá v pořadí:(S)-HPMPA > (R)-PMPA > PMEA > PMEDAP >(S)-PMPDAP > (R)-PMPDAP >> (S)-PMPA, a na rozdíl od guaninových derivátů, působí tyto látky pouze jako substráty.

• R.Krejčová, K.Horská, I.Votruba and A.Holý, Interaction of guanine phosphonomethoxyalkyl derivatives with GMP kinase isoenzymes. Biochem. Pharmacol. 60, 1907-1913 (2000).
• R.Krejčová, K.Horská, I.Votruba and A.Holý, Phosphorylation of purine (phosphonomethoxy)alkyl derivatives by mitochondrial AMP kinase (AK2 type) from L1210 cells. Collect. Czech. Chem. Commun. 65, 1653-1668 (2000).
• R.Krejčová, K.Horská, I.Votruba and A.Holý, Isoenzymes of GMP kinase from L1210 cells: isolation and characterisation. Collect. Czech. Chem. Commun. 64, 559-570 (1999).
• R.Krejčová, K.Horská, I.Votruba and A.Holý, Interaction of guanine phosphonomethoxyalkyl derivatives with GMP kinase isoenzymes. XVII. Biochemický sjezd, Praha 7. - 10. září 2000. Chemické listy 8, S3-S3(2000).
• R.Krejčová, K.Horská, I.Votruba and A.Holý, Phosphorylation of enantiomers of HPMPG. XI.Symposium on Chemistry of Nucleic Acid Components, Špindlerův Mlýn, September 4-9, 1999. Collection Symposium Series 2, 286-288 (1999).

---

4.14.  Schopnost retrovirových proteinů tvořit organizované struktury

Snahy o léčbu onemocnění způsobených retroviry způsobujícími např. AIDS nebo některé typy nádorových onemocnění je stále neúspěšná. V současné době se jako nejúspěšnější terapie zpomalující průběh AIDS jeví použití kombinace několika léků inhibujících různé kroky životního cyklu HIV tj. původce AIDS. Vzhledem k extrémní adaptabilitě retrovirů je logickýcm cílem farmaceutického výzkumu vývoj léčiv působících účinně na jiné cíle než v současnosti používaná chemoterapeutika tj. inhibitory retrovirových enzymů integrasy a proetasy. Jedním z takovýchto cílů by mohla být přímo tvorba retrovirové kapsidy, bez níž nemůže vzniknout infekční částice. Přestože by inhibice tohoto procesu představovala fatální zásah do životního cyklu retrovirů, jedná se o poměrně málo prozkoumanou oblast. Článek "Analysis of Mason Pfizer monkey virus Gag domains required for capsid assembly in bacteria; role of the N-terminal proline residue of CA in directing the particle shape." autorů: Michaely Rumlové-Klikové, Erica Huntera, Milana Nermuta, Ivy Pichové a Tomáše Rumla se zabývá jedním z aspektů tvorby nezralé kapsidy a jejího zrání vedoucímu ke vzniku infekčního virionu. Pro hodnocení schopnosti retrovirových proteinů tvořit organizované struktury bylo využito elektronmikroskopické vizualizace částic vytvořených v bakteriích. Pro tento účel bylo použito viru schopného tvořit tyto struktury v Escherichia coli, který je přitom je dostatečně podobný HIV.

Zjistili jsme, že pro tvorbu sférických kapsid postačuje méně než polovina polyproteinového prekursoru tvořícího kapsidy in vivo. Jedná se o domény prekusoru odpovídající kapsidovému (CA) a nukleokapsidovému (NC) proteinu. Podařilo se prokázat, že N-koncový prolin CA hraje klíčovou roli a rozhoduje o tvaru organizovaných struktur. Jeho přítomnost je nutná pro tvorbu tubulárních útvarů typických pro retrovirové "core". Delece nebo záměna této aminokyseliny za alanin změnila tubulární útvary ve sférické částice charakteristické pro nezralou kapsidu. Tato zjištění jsou ve shodě s publikovanými strukturami samotného proteinu CA viru HIV, kde je přítomnost N-terminálního prolinu nutná pro vytvoření b-ohybu a jeho zablokování vede ke strukturní změně. Tento proces iniciovaný proteolytickým štěpením je tedy pravděpodobně signálem pro přeskupení vnitřku nezralé sférické kapsidy bez organizovaného jádra do tvaru tubulárního či kónického "core" infekčního virionu. Přímý důkaz role této konofrmační změny je dalším krokem k porozumění mechanismu tvorby retrovirových částic jehož detailní znalost je nutná pro vývoj účinných inhibitorů.

• Kliková, M., Rhee, S.S., Hunter, E., Ruml, T.: Efficient in vivo and in vitro assembly of retroviral capsids from gag precursor proteins expressed in bacteria, J.Virol. 69, 1093-1098 (1995)
• Conte M.R., Kliková M., Hunter E., Ruml T., Matthews S.: The three-dimensional structure of the matrix protein from the type D retrovirus, the Mason-Pfizer Monkey virus, and implications for the morphology of retroviral assembly EMBO J. 16, 5819-5826 (1997)
• Rumlová-Kliková M., Pichová, I., Hunter, E., Ruml, T.: Conditions resulting in formation of properly assembled retroviral capsids within inclusion bodies of Escherichia coli Collect. Czech. Chem. Commun. 64, 1348-1356 (1999)