4. Sekce chemických věd
- Optimalizace proteomické procedury a využití nespecifických peptidů pro identifikaci obilných bílkovin (ÚIACH)
- Dynamická modifikace mikroorganismů pro on-line detekci v kapilární elektroforéze (ÚIACH)
- Dvouklastrové metallatrikarbolidové komplexy navržené pro lineární molekulární konstrukce (ÚACH)
- Zpracování odpadních kamenců na kvalitní mulitové koncentráty (ÚACH)
- Struktura a funkce nanostrukturních redox katalyzátorů v selektivní redukci NOx na dusík. Aplikace pro snížení NOx v exhalátech dieselových motorů (ÚFCH JH)
- Hyperjemné jaderné interakce v molekulách: rozvinutí teorie a její aplikace při interpretaci vysoce rozlišených spekter molekul významných v atmosférické chemii a astrofyzice (ÚFCH JH)
- Mechanismus tvorby podporovaných fosfolipidových dvojvrstev a kvantitativní určení jejich difůzních vlastností pomocí elipsometrie a fluorescenční korelační spektroskopie (ÚFCH JH)
- Elektrochemická čidla pro diagnostiku proudění (ÚCHP)
- Spalování čistírenského kalu ve fluidním reaktoru (ÚCHP)
- Polymerní komplex gadolinia pro angiografii a zobrazování magnetickou rezonancí (ÚMCH)
- Síťovaný polyethylen o ultravysoké molekulové hmotnosti pro kloubní náhrady s vyšší životností (ÚMCH)
- Nový způsob specifické ochrany rostlin proti hmyzím škůdcům pomocí geneticky modifikovaných (GM) rostlin a zjednodušená synthesa feromonů (ÚOCHB)
- Nové analogy lidského insulinu (ÚOCHB)
- Fotochemická selektivita v párech bází guanin…cytosin (ÚOCHB)
4.1 Optimalizace proteomické procedury a využití nespecifických peptidů pro identifikaci obilných bílkovin
Řehulka, J., Šalplachta, J., Chmelík, J.:
Proteomická identifikace obilných bílkovin je důležitý, ale zároveň i obtížný úkol, což je způsobeno především vysokou homologií jejich primárních struktur. To znemožňuje využití obvykle využívané metody peptide mass fingerprinting, a proto je nezbytná fragmentace peptidů, která vyžaduje pečlivou přípravu vzorku (1). Bílkoviny byly separovány pomocí gelové chromatografie s mobilní fází obsahující vysokou koncentraci solí, které bylo nutno před další analýzou odstranit (2). Významného zlepšení identifikace obilných bílkovin bylo dosaženo díky využití fragmentace nespecifických peptidů (3). Tato zlepšení umožňují identifikaci řady bílkovin důležitých pro šlechtění odrůd obilovin, potravinářský průmysl a medicínu (identifikace bílkovin vyvolávajících celiakii).
(1) Řehulka, P., Šalplachta, J., Chmelík, J.: Improvement of quality of peptide mass spectra in matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry and post-source decay analysis of salty protein digests by using on-target washing. - J. Mass Spectrom. 38: 1267-1269 (2003).
(2) Šalplachta, J., Řehulka, P., Chmelík, J.: Identification of proteins by combination of size exclusion chromatography with MALDI-TOF MS and comparison of some desalting procedures for both intact proteins and their tryptic digests. - J. Mass Spectrom 39: 1395-1401 (2004) (published as FEATURED ARTICLE).
(3) Řehulka, P., Chmelík, J., Allmaier, G.: The influence of nonspecific cleavage sites on identification of low molecular mass proteins by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry with seamless post source decay fragment ion analysis. - Rapid Commun. Mass Spectrom. 19: 79-82 (2005).
4.2 Dynamická modifikace mikroorganismů pro on-line detekci v kapilární elektroforéze
Horká, M., Šlais, K.:
Navrhli a ověřili jsme nové dynamické značení mikroorganismů pro jejich on-line fluorimetrickou detekci v kapilární elektroforéze. Námi navržené značení využívá derivát pyrenu - pyrenmáselnou kyselinu, která zároveň funguje jako nedenaturuující tenzid a zároveň generuje fluorescenci označené částice ( zelenou) výrazně odlišnou od fluorescence (fialové) okolního prostředí. Tím je umožněna citlivá detekce až jednotlivých různých mikrobů v kapiláře po jejich separaci elektroforézou.
Horká, M., Růžička, F., Holá, V., Šlais, K.: Dynamic modification of microorganisms by pyrenebutanoate for fluorometric detection in capillary zone electrophoresis. - Electrophoresis, in press.
4.3 Dvouklastrové metallatrikarbolidové komplexy navržené pro lineární molekulární konstrukce
Bohumír Grüner, Jaroslav Bačkovský, Bohumil Štíbr
Klastrové borany jsou trojrozměné polyedrální sloučeniny, adaptabilní z hlediska geometrie, chemické substituce a funkcionalizace. Tato flexibilita a fakt, že klastrové borany jsou mimořádně tepelně stálé, nabízí možnost využít uvedené sloučeniny jako high-tech materiály.
Autoři originální syntézou vytvořili dvouklastrové boranové jednotky, které mohou být dále sestavovány do lineárních nebo L-tvarovaných tyčí s velmi vysokou tepelnou odolností a které lze považovat za základní stavební jednotky pro konstrukci prostorových molekulárních sítí tvořených boranovými klastry.
Obr. 1. Schema cílené přípravy prekursorů linerních nebo L-tvarovaných metallatrikarbollidových molekulních stavebních bloků (BH a CH skupiny jsou značeny jako bílé a černé kroužky)
Stavební jednotky byly vytvořeny ze dvou boranových klastrů (1) spojením přes kovové centrum, jímž byl atom železa (viz obr. 1). Lineární molekuly, obsahující reaktivní -NH2 skupiny v p, p' polohách (2), jsou snáze dostupné, než p, m deriváty tvarované do L (3), které vyžadují vyšší reakční teplotu. Rovněž výtěžek první reakce je významně vyšší (42-48%). Geometrická variabilita molekul je dobrým předpokladem pro cílenou konstrukci sítí polymerních a oligomerních materiálů s definovanými atomovými vzdálenostmi, vazebnými úhly a tvarem molekul.
Grüner, B., Bačkovský, J., Sillanpää, R., Kivekäs, R., Císařová, I., Teixidor, F., Vi?as, C., Štíbr, B.: Amino-substituted ferra-bis(tricarbollides) - Metallatricarbaboranes designed for linear molecular constructions. - Eur. J. Inorg. Chem. 7: 1402-1410 (2004).
4.4 Zpracování odpadních kamenců na kvalitní mulitové koncentráty
Z. Černý, B.Čásenský, J.Macháček, Ústav anorganické chemie AV ČR, V. Hanykýř, M. Maryška, Ústavu skla a keramiky, VŠCHT Praha
Společnou prací obou týmů byla ve čtvrtprovozním měřítku ověřena možnost zpracování odpadního kamence hlinitoamonného NH4Al(SO4)2 na kvalifikovanou surovinu, syntetický mullit. Mullit se vyznačuje vysokým bodem tání a výbornými mechanickými vlastnostmi. Z uvedených důvodů je vysoce žádanou složkou keramických materiálů, zejména žárovzdorných, jejichž spotřeba v současné době celosvětově roste zejména z důvodů nárůstu produkce oceli.
Při přepracování kamence na mulitové koncentráty využíval řešitelský kolektiv další domácí surovinu, kaolin, která se tímto procesem významně zhodnocuje na kvalifikovaný materiál. Bylo ověřeno, že k přepracování kamence na mulitové koncentráty lze využít téměř všech kaolinů domácího původu. Výsledkem přepracování jsou mulitové prekurzory, které výpalem poskytují mulitové koncentráty s vysokou bělostí a vysokým obsahem mulitové fáze již při teplotách okolo 1400°C.
Obr. Snímek práškového vzorku čtvrtprovozní šarže mulitového prekurzoru (M 123) po výpalu v laboratorní peci 1400/1 (02),zvětšení 50x
Tento materiálový vývoj je výhradní záležitostí České republiky, neboť kamenec pochází ze sanace těžby uranu v lokalitě Stráž pod Ralskem, kde bylo v letech 1968 až 1990 použito přes 4 mil. tun kyseliny sírové k loužení uranových solí (tzv. "in situ leaching" technologie). Sanace bude poskytovat po dobu minimálně dalších 20ti let téměř 100 - 200 tisíc tun kamence ročně. Zpracování takového množství kamence je výzvou pro český výzkum, jak se vyrovnat s touto ekologickou zátěží.
Patentová přihláška č. PV 2003-3372, Způsob výroby mullitového koncentrátu.
4.5 Struktura a funkce nanostrukturních redox katalyzátorů v selektivní redukci NOx na dusík. Aplikace pro snížení NOx v exhalátech dieselových motorů
Blanka Wichterlová, Zdeněk Sobalík, Libor Čapek, Jiří Dědeček
Cílem práce byl vývoj vysoce selektivního katalyzátoru pro redukci kysličníků dusíku (SCR- NOx) dekanem na molekulární dusík v přebytku kyslíku a vodní páry, což odpovídá složení výfukových plynů dieselových motorů. Komplexní analýza krystalické pórézní struktury nano-oxidických materiálů, struktury jejich aktivních center a jejich funkce na molekulární úrovni, provedená přímo za podmínek reálného komplexního katalytického procesu, vedla k návrhu kombinace dvou typů katalyzátorů s optimalizovanou strukturou, a to Ag/aluminy a Cu-(Fe)-ZSM-5 zeolitu. Tento komplexní katalyzátor poskytuje v širokém teplotním rozsahu konverze NOx na dusík, které splňují koncentrační limity Evropské unie v roce 2005 pro NOx ve výfukových plynech dieselových motorů.
Optimalizace struktur katalyzátorů jsme dosáhli zejména pomocí spektroskopických metod FTIR a UV-Vis za podmínek in-situ katalytické reakce. Výsledky zahrnují
a) identifikaci redox chování Ag+ iontů a jejich transformace na kovové Ag nano-klastry (n=2-8) na alumině; b) identifikaci a analýzu Cu a Fe center koordinovaných ke kruhu zeolitické matrice s dvěmi skeletálními AlO2- skupinami jako aktivních center, jejichž struktura je stabilní i v přítomnosti vodní páry; c) popis redox Cu(II)-Cu(I) a Fe(III)-[Fe(III)-O]-Fe(II) cyklů uplatňujících se v komplexní vícestupňové transformaci NOx na dusík. Z FTIR spekter změřených za podmínek in-situ katalytické reakce jsme určili jednotlivé kroky reakce zahrnující postupně CHx-NO2, -NO3, -CN, -CNO, -NH a NH3 jako reakční intermediáty, dále jsme objasnili významný pozitivní vliv přídavku vodíku do reakční směsi na konverzi NOx a vysvětlili jak negativní vliv vodní páry na transformaci NO na NO2, tak její pozitivní efekt na hydrolýzu intermediátů NCO na NH, která je jedním z kroků komplexní reakce SCR-NOx.
Práce byla součástí projektu EU "AMMONORE", jehož hlavním koordinátorem byl ÚFCH JH. Výsledky jsou předmětem sedmi publikací a partneři v průmyslu zvažují přípravu patentové přihlášky.
Wichterlová, B.: Structural analysis of potential active sites in metallo-zeolites for selective catalytic reduction of NOx. An attempt for the structure versus activity relationship. - Topics Catal. 28: 131 (2004).
Arve, K., Čapek, L., Klingstedt, F., Eränen, K., Kalantar-Neyestanaki, A., Lindfors, L. E., Murzin, D. Y., Dědeček, J., Sobalík, Z., Wichterlová, B.: Preparation and characterisation of Ag/alumina catalysts for the removal of NOx emissions under oxygen rich conditions. - Topics Catal. 30-31: 91 (2004).
Brosius, R., Habermacher, D., Martens, J. A., Vradman, L., Herskowitz, M., Čapek, L., Sobalík, Z., Dědeček, J., Wichterlová, B., Tokarová, V., Gonsiorová, O.: NO oxidation kinetics on iron zeolites: influence of framework type and iron speciation. - Topics Catal. 30-31: 333 (2004).
4.6 Hyperjemné jaderné interakce v molekulách: rozvinutí teorie a její aplikace při interpretaci vysoce rozlišených spekter molekul významných v atmosférické chemii a astrofyzice
Štěpán Urban
Jednoduché molekuly obsahující atomy dusíku a halogenů jsou významnými polutanty zemské atmosféry a pravděpodobně hrají klíčovou roli při zmenšování koncentrace ozónu v horních vrstvách atmosféry. Kromě toho silně absorbují záření a mohou se tedy významně podílet na vzniku skleníkového efektu a přispívat ke globálnímu zahřívání planety. K řešení těchto problémů je v prvé řadě nutno znát jaké molekuly, radikály a molekulární fragmenty jsou přítomny v horních vrstvách atmosféry, v jakém jsou tam množství a jak jsou rozprostřeny v prostoru a čase. Odpovědi na tyto otázky lze v principu získávat pouze spektroskopickými metodami dálkové detekce, přičemž vyhodnocení těchto "remote sensing" je založeno na detailních znalostech laboratorních experimentů, kde právě u molekul obsahujících halogeny a dusík má hyperjemná struktura zásadní roli.
Rozpracovali jsme proto kvantově mechanickou teorii jemných a hyperjemných interakci v molekulách moderní technikou sférických tensorů tak, aby bylo možné odvozovat tzv. maticové elementy odpovědné za jemné a hyperjemné štěpení. Tyto maticové elementy příslušných hamiltoniánů pro tzv. jaderné kvadrupolové, jaderné spinově rotační, jaderné spin-spinové, spin-orbitální apod. interakce jsme zapracovali do speciálních algoritmů, které dovolují vypočítat konkrétná štěpení rovibračních kvantových stavů. Vytvořené algoritmy jsme pak aplikovali při vývoji počítačového software, který kromě přímých výpočtů energetických štěpení umožňuje interpretovat vysoce přesné experimenty s rozlišenou hyperjemnou strukturou, a dovoluje získat informace o mikrostruktuře molekul.
Srovnání vypracované teorie a vybudovaného software s vysoce přesnými experimentálními údaji, získanými na základě spolupráce s předními světovými laboratořemi, přesvědčivě ukázalo, že teorie a software pro analýzu spekter poskytují předpoklady pro pokročilé studium vysoce rozlišených spekter molekul, zaměřené na klíčově důležité atmosférické specie obsahující atomy dusíku a halogenů.
1. Šimečková, M., Urban, Š., Fuchs, U., Lewen, F., Winnerwisser, G., Morino, I., Yamada, K.M.: Doppler limited ground state spectrum of methylcyanide up to 1.5 THz. - J. Mol. Spectrosc. 226: 123-136 (2004).
2. Brünken, S., Fuchs, U., Lewen, F., Urban, Š., Giesen, T., Winnerwisser, G.: Sub-doppler and doppler spectroscopy of DCN isotopomers in the terahertz region in the ground and first excited bending states v2 = 1. - J. Mol. Spectrosc. 225: 152-161 (2004).
3. Lewen, F., Brünken, S., Winnerwisser, G., Šimečková, M., Urban, Š.: Doppler limited rotational spectrum of the NH radical in the 2 THz region. - J. Mol. Spectrosc. 226: 113-122 (2004).
4. Fuchs, U., Brünken,S., Fuchs, G.W., Thorwith, S., Ahrens, V., Lewen, F., Urban, Š., Giesen, T., Winnerwisser, G.: High resolution spectroscopy of HCN isotopomers in the ground and first excited bending vibrational states. - Z. Naturforsch. 59a: 861-872 (2004).
5. Urban, Š., Behrend, J., Pracna, P.: A computer assisted procedure of assignments of vibration-rotation bands of asymmetric and symmetric top molecules. - J. Mol. Struct. 690: 105-114 (2004).
4.7 Mechanismus tvorby podporovaných fosfolipidových dvojvrstev a kvantitativní určení jejich difůzních vlastností pomocí elipsometrie a fluorescenční korelační spektroskopie
Martin Beneš, Aleš Benda, Martin Hof
V roce 1984 bylo objeveno, že jsou-li hydrofilní pevné povrchy vystaveny suspenzi unilamelárních fosfolipidových vesikul (kulovitých fosfolipidových dvojvrstev), může dojít k samovolnému vytvoření tzv. podporovaných fosfolipidových dvojvrstev (supported phospholipid bilayers-SPBs). Ačkoliv SPBs jsou již využívány v oblasti biosenzorů, při vytváření buněčně-kompaktibilních povrchů medicínských implantátů, a při produkci katalytických rozhraní, souvislý obraz vzniku SPBs a parametry ovlivňující mechanismus vzniku a vlastnosti vzniklých adsorbovaných vrstev jsou stále nejasné. Nám se jako prvním podařilo aplikovat konfokální fluorescenční korelační spektroskopie na charakterizaci SPBs vytvořených na různých površích (muskovit [bílá slída], borosilikátové sklo, oxidovaný křemík). Zjistili jsme, jaký je vliv povrchu na fluiditu membrány, a že muskovit je zřejmě nejvhodnějším povrchem pro systematické studium1. Dále jsme vypracovali obecný metodický postup pro přesná měření difusních vlastností molekul v planárních fosfolipidových systémech, tzv. Z-scan2. Mezi jeho přednosti patří zvýšená přesnost měření (pokles relativní standardní odchylky z 30 na 10 procent), interní kalibrace, a rozlišení probíhajích procesů. Získané poznatky jsme poté aplikovali při měření biologicky relevantních interakcí proteinů s membránami 3 . Jako další metodu jsme použili elipsometrii, pomocí které jsme studovali mechanismus a kinetiku tvorby SPBs 4. Podařilo se nám tak rozpoznat různé mechanismy vzniku SPBs na jednotlivých aktivních površích (mimo jiné rozpoznat tzv. kritické pokrytí, při němž dochází k vytvoření dvojvrstvy), a určit vliv iontů a lipidového složení na vznik SPBs.
Nejnověji jsme provedli implementaci časově rozlišené FCS, která umožňuje v jednom experimentu měřit současně několik značených látek, separovaně je charakterizovat a případně zjistit míru jejich interakce 5.
1. Beneš, M., Billy, D., Hermes, W. T., Hof, M.: Muscovite(Mica) Allows the Characterisation of Supported Bilayers by Ellipsometry and Confocal Fluorescence Correlation Spectroscopy. - Biol. Chem. 383(2): 337-341 (2002).
2. Benda, A., Beneš, M., Mareček, V., Lhotský, A., Hermes, W. Th., Hof, M.: How to Determine Diffusion Coefficients in Planar Phospholipid Systems by Confocal Fluorescence Correlation Spectroscopy. - Langmuir 19: 4120-4126 (2003).
3. Sheynis, T., Sýkora, J., Benda, A., Kolusheva, S., Hof, M., Jelinek, R.: Bilayer Localization of Membrane-Active Peptides Studied in Biomimetic Vesicles by Visible and Fluorescence Spectroscopies. - Eur. J. Biochem. 270(22): 4478-4487 (2003).
4. Beneš, M., Billy, D., Benda, A., Speijer, H., Hof, M., Hermes, W. T.: Surface-Dependent Transitions during Self-Assembly of Phospholipid Membranes on Mica, Silica, and Glass. - Langmuir 20(23): 10129-10137 (2004).
5. Benda, A., Hof, M., Wahl, M., Patting, M., Erdmann, R., Kapusta, P.: TCSPC Upgrade of a confocal FCS microscope. - Rev.Sci.Inst., in press ( 2005).
4.8 Elektrochemická čidla pro diagnostiku proudění
J. Tihon, V. Sobolík, O. Wein, V. Tovčigrečko
I přes pokrok dosažený ve vývoji nových anemometrických měřicích technik zůstává přístěnná oblast proudění stále obtížně experimentálně přístupná. Proto vyvíjíme měřicí metodu, která je vhodná pro mapování proudění v těsné blízkosti stěny. Elektrochemická diagnostika toku je založena na měření limitního difúzního proudu procházejícího malou elektrodou zabudovanou ve stěně experimentálního zařízení. Výhodou této metody je skutečnost, že čidlo zabudované do stěny neovlivňuje proudění ve své bezprostřední blízkosti. V rámci řešení evropského projektu COST se nám společně se zahraničními kolegy podařilo zdokonalit technologii zhotovování takovýchto čidel a úspěšně též řešit otázky týkající se jejich dynamického chování. Směrově citlivá vícesegmentová čidla poté při vlastních experimentech prokázala, že jsou vhodným nástrojem sloužícím k detekci neustáleného recirkulačního proudění či ke studiu přístěnné turbulence toku.
Elektrochemickou diagnostiku proudění jsme nejdříve využili pro studium vlnového toku kapalného filmu po nakloněné stěně. Na základě výsledků kalibračních měření, která byla prováděna za podmínek pulzačního toku kapalného filmu po oscilující stěně, byla vyvinuta nová metoda detekce krátkodobé reverze toku pomocí dvojpáskového čidla. Výsledkem vlastních měření bylo poté první experimentální potvrzení existence reverze toku v kapalném filmu při režimu velkých solitárních vln.
Za použití pole dvousegmentových čidel jsme dále studovali charakter přístěnné turbulence toku po malém přídavku polymeru, který působí jako prostředek snižující součinitel tření. Přítomnost dlouhých molekul polymeru v roztoku výrazně tlumila fluktuace toku v přístěnné oblasti a zároveň posouvala jejich frekvenci směrem k nižším hodnotám. Charakteristické příčné měřítko velikosti turbulentních vírů dosahovalo až trojnásobku hodnot naměřených pro čistou vodu.
Tihon, J., Tovčigrečko, V., Sobolík, V., Wein, O.: Electrodiffusion detection of the near-wall flow reversal in liquid films at the regime of solitary waves. - J. Appl. Electrochem. 33: 577-587 (2003).
Deslouis, C., Tribollet, B., Tihon, J.: Near-wall turbulence in drag reducing flows Investigated by the photolithography-electrochemical probes. - J. Non-Newtonian Fluid Mech. 123: 141-150 (2004).
4.9 Spalování čistírenského kalu ve fluidním reaktoru
M. Hartman, K. Svoboda, M. Pohořelý, O. Trnka
Nakládání a likvidace kalů z čistíren odpadních vod představuje jeden z nejdůležitějších problémů v celém systému čištění odpadních vod. Doposud je většina kalu deponována na skládkách a část využívána v zemědělství za pečlivě nastavených a kontrolovaných podmínek.
Spalováni čistírenských kalů (ČK) ve fluidní vrstvě (FV) s intenzivním mícháním částic, s rovnoměrným teplotním polem ve vrstvě a s možností snižování emisí reakcemi přímo ve vrstvě považují autoři za jednu z nejlepších termických metod likvidace ČK. Spalovaní samotného , mechanicky odvodněného ČK bez přídavného paliva není proveditelné z důvodu příliš nízké výhřevnosti. Předsušený ČK s výhřevností nad 5 MJ/kg je již vhodný pro autotermní spalovaní ve velkých zařízeních. Emise škodlivin z fluidního spalovaní, jejich svázanost se složením ČK, redukce emisí a nakládání/využití tuhých zbytků ze spalovaní jsou důležitými položkami z hlediska ochrany životního prostředí. Velká pozornost by měla být věnována obsahu dusíku, chloru, fosforu a těžkých kovů (TK) v ČK a vlivu podmínek spalovaní na výsledné emise. Současné podmínky fluidního spalovaní by měly zaručit provozní bezproblémovost (tj. např. vyhnutí se lepení a aglomeraci částic ve FV) a účinné spalovaní s nízkými emisemi CO a nízkým obsahem uhlíku v popelu a popílku.
Autoři experimentálně prokázali, že spalování vysušených ČK o výhřevností 6,7 a 10,2 MJ/kg v reaktoru s mělkou fluidní vrstvou zaručuje velmi dobrou kvalitu spalovaní (potvrzenou nízkými emisemi CO a nízkým obsahem uhlíku v cyklónovém popílku) za teplot v husté FV a nad ní (v oblasti tzv."freeboard") nejméně okolo 850 °C.
Stabilní, pravidelné dávkovaní sušeného ČK s velmi vysokým obsahem těkavých látek (přes 85 hm. % spalitelné hmoty) je nezbytným předpokladem pro vysokou kvalitu spalovacího procesu. Vlivem vysokého obsahu dusíku v sušeném ČK (obvykle 1,5 - 4 %) a vlivem relativně nízké teploty spalovaní ve FV (800 - 900 °C) jsou emise NOx a N2O obecně relativně vysoké, nad 600 ppmv pro NOx a nad 150 ppmv v případě N2O. Oblast nad hustou FV hraje důležitou roli v procesu tvorby a redukce emisí CO, NOx a N2O .
Ve světle našich experimentálních zjištěni spolu-spalovaní sušených nebo i mokrých kalů s městským odpadem je velmi slibnou možností likvidace ČK.
Hartman M., Svoboda K., Veselý V., Trnka O., Chour J.: Tepelné zpracování čistírenských kalů. (Czech) Sewage Sludge Thermal Processing. Chem. Listy 97(10), 976-982 (2003).
Hartman M., Trnka O., Svoboda K., Veselý V.: Aglomerace částic a defluidační jevy ve fluidní vrstvě. (Czech) Agglomeration of Particles and Defluidization Phenomena in the Fluid Bed. Chem. Listy 97(9), 942-948 (2003).
Hartman M., Svoboda K., Pohořelý M., Trnka O.: Combustion of Dried Sewage Sludge in a Fluidized-Bed Reactor. Ind. Eng. Chem. Res., zasláno.
Trnka O., Hartman M., Veselý V.: Charakteristika tlakových fluktuací v různých režimech suspenzí plyn - tuhá látka. (Czech) Characteristics of the Pressure Fluctuations in Different Operation Regimes of Gas-Solid Suspensions. Chem. Listy, v tisku.
4.10 Polymerní komplex gadolinia pro angiografii a zobrazování magnetickou rezonancí
Karel Ulbrich a Vladimír Šubr
S cílem připravit vysoce citlivou kontrastní látku pro diagnostické účely, zejména pro použití v angiografii a zobrazování orgánů a tkání magnetickou resonancí jsme navrhli, syntetizovali a charakterizovali fyzikálně-chemickými metodami vodorozpustné komplexy kopolymerů N-(2-hydroxypropyl)methakrylamidu s gadoliniem. Testy biologické aktivity připravených látek na spolupracujícím pracovišti Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) Heidelberg vedly k optimalizaci struktury kontrastní látky vhodné pro použití v lékařské praxi. Tato látka využívá vysoce hydrofilního ve vodě rozpustného kopolymeru, schopného vytvářet stabilní komplexy s gadoliniem. Ukázali jsme, že připravený polymerní komplex je stabilní ve vodných roztocích i v přítomnosti solí po dobu několika měsíců, je biokompatibilní, není imunogenní, nejeví známky toxicity a je vhodný pro použití v krevním řečišti. Při porovnání vlastností s komerčně dostupnými preparáty firmy Schering (Gadomer-17, Gd-DTPA) náš polymerní komplex vykazoval významně vyšší relaxivitu při intenzitě magnetického pole 1,5 i 7 T. Komplex setrvává v krevním řečišti po dobu potřebnou pro kvalitní snímání signálu a neprostupuje cévními stěnami, což vede k ostrému obrazu při angiografickém zobrazení. V porovnání s komerčně užívanými látkami umožňuje náš preparát získat kvalitnější obraz s mnohem vyšším rozlišením. Výsledky výzkumu jsou předmětem společné přihlášky vynálezu.
Peschke, P., Kiessling, F., Heilmann, M., Semmler, W., Debus, J., Ulbrich, K., Šubr, V.: Eine neue flexible makromolekulare Kontrastmittelstrategie für die MRT. - Erfindungsanmeldung P1050/631.
4.11 Síťovaný polyethylen o ultravysoké molekulové hmotnosti pro kloubní náhrady s vyšší životností
Šlouf M., Horák Z., Šloufová I.
Síťováním ionizujícím zářením a následnou tepelnou úpravou lze zásadním způsobem ovlivnit strukturu polyethylenu o ultravysoké molekulové hmotnosti (UHMWPE), který se používá jako klíčová součást umělých kloubů, tzv. totálních endoprotéz. Struktura polymeru úzce souvisí s jeho vlastnostmi, zejména s odolností vůči otěru, která je limitujícím faktorem životnosti kloubních náhrad. Vypracovali jsme postup, který významně zvyšuje odolnost UHMWPE vůči otěru, přičemž jeho ostatní mechanické vlastnosti zůstávají na požadované úrovni. Abychom mohli objektivně posoudit účinnost postupu, zavedli jsme řadu nových testovacích metod. Mezi nejdůležitější a zároveň nejobtížnější patří metody umožňující stanovení otěru polymeru, a to jak ve vzorcích in vivo (tj. vzorcích odebraných pacientům v průběhu reoperací kloubních náhrad) tak i ve vzorcích in vitro (tj. vzorcích z laboratorních simulátorů otěru). Pro stanovení otěru ve vzorcích in vivo jsme vyvinuli zcela novou techniku založenou na měření rozptylu světla v suspenzi otěrových částic a známého množství kalibračních částic. Ve spolupráci s potenciálním výrobcem se snažíme o vývoj nového typu medicinálního síťovaného UHMWPE a o jeho zavedení do praxe.
Šlouf M., Šloufová I., Horák Z., Štěpánek P., Entlicher G., Krejčík M., Radonský T., Pokorný D., Sosna A.:New fast method for determination of number of UHMWPE wear particles . - J. Mater. Sci., Mater. Med., v tisku.
Nevoralová M., Baldrian J., Pospíšil J., Chodák I., Horák Z.: Structure modification of UHMWPE used for total joint replacements. - J. Biomed. Mater. Res., Part B, přijato k publikaci.
Distribuce objemů v suspenzi otěrových částic UHMWPE a známého množství kalibračních skleněných kuliček určená rozptylem světla; d označuje průměr částice, různé barvy přísluší vzorkům odebraným při reoperacích z různých míst kloubní náhrady.
4.12 Nový způsob specifické ochrany rostlin proti hmyzím škůdcům pomocí geneticky modifikovaných (GM) rostlin a zjednodušená synthesa feromonů
Svatoš A., Šebek P., Kotrba P., Nešněrová P., Macek T.:
Podařilo se nám vyvinout unikátní přístup ke specifické ochraně kulturních rostlin proti hmyzím škůdcům pomocí GM rostlin, přičemž chráněná plodina sama nemusí být geneticky modifikovaná. Podle letos uděleného patentu jsme připravili transgenní rostliny tabáku, schopné vytvářet prekursor feromonu, resp. vlastní feromon nebo jeho složky účinné na určité druhy hmyzu. Dále byly selektovány produkční klony a charakterizovány jejich produkty. Feromony slouží jedincům stejného druhu hmyzu ke vzájemné komunikaci a k vyhledávání vhodných partnerů k páření. Pokud bude v okolí chráněné plodiny správně "vonět" jiná rostlina, škůdci budou mít ztížené vyhledávání partnerů a sníží se jejich populace, bez potřeby použít toxické látky k jejich hubení. Proto byl do rostlin tabáku pod konstitutivním promotorem CaMV 35S vnesen gen pro hmyzí feromon-specifickou acyl-CoA-delta11-(Z)-desaturázu z kapustové můry (Trichoplusia ni) a jeho funkční exprese v rostlinách umožňuje vytvářet (11Z)-hexadec-11-enoát, který v GM rostlině představuje 6,5 % všech extrahovatelných lipidů. Tento ester je v rostlině převeden působením endogenní reduktázy na odpovídající (11Z)-hexadec-11-en-1-ol, který je sám o sobě feromonem nebo složkou feromonových směsí, resp. může být dále upraven synteticky. Výsledky byly získány ve spolupráci s VŠCHT Praha a Max-Planck-Institutem v Jeně. Semisynteticky byl z mastných kyselin tabáku s využitím vnesené enzymové aktivity a dvou syntetických kroků připraven příslušný acetát, který je základní složkou mnoha feromonových směsí. Účinnost feromonové směsi pro Mamestra brassicae (můra zelená) byla ověřena v polních pokusech porovnáním s komerčním feromonem.
Obr.: Dárce genu kapustová můra Trichoplusia ni.
Práce byla velmi kladně hodnocena v Nature, Research highlights, 430, 8, 2004, p. 982,
Max-Planck-Gessellschaft Highlights 36, 2004, Hospodářské noviny: Tuček J.: Čeští vědci učí rostliny vyrábět hmyzí feromony. 16. září 2004.
Svatoš A., Šebek P., Kotrba P., Nešněrová P. and Macek T.: Czech Patent PV 2001-1283, Způsob specificke ochrany kulturnich rostli proti hmyzím škůdcům pomocí geneticky modifikovaných rostlin. (2004).
Nešněrová P., Šebek P., Macek T.* and Svatoš A.*: First semi-synthetic preparation of sex pheromones. Green Chem., 6, 305-307 (2004).
4.13 Nové analogy lidského insulinu
Bylo dosaženo významných úspěchů při studiu vztahů struktura-aktivita molekuly insulinu. Podařilo se připravit nové o čtyři aminokyseliny na C-konci B-řetězce zkrácené analogy insulinu s vazebnou a biologickou aktivitou více než padesátkrát vyšší než je aktivita lidského insulinu. Analog s N-Me-His v poloze B26 je nejsilnějším doposud připraveným analogem insulinu. Dále byl připraven a určena krystalová struktura analogu lidského insulinu s Tyr v poloze B25 a s N-Me-Phe v poloze B26 (Obrázek). Tyto modifikace sloužily ke studiu strukturních a funkčních rozdílů mezi molekulou insulinu a molekulou IGF-I. Připravené analogy insulinu přinesly cenné informace o významu substitucí ve specifických polohách pro strukturu a biologickou aktivitu a jsou východiskem pro přípravu nových analogů insulinu s potenciálním lékařským využitím. Rovněž byly připraveny dva fluorescenčně značené analogy insulinu, které budou sloužit pro studium interakce molekuly insulinu s receptorem.
Obrázek: Krystalová struktura hexameru [TyrB25, N-Me-PheB26]insulinu.
Žáková, L.; Barth, T.; Jiráček, J.; Barthová, J.; Zórad, Š.; Shortened insulin analogues: Marked changes in biological activity resulting from replacement of TyrB26 and N-methylation of peptide bonds in the C-terminus of the B-chain. Biochemistry 43 (2004) 2323-2331.
Žáková, L.; Brynda, J.; Au-Alvarez, O.; Dodson, E. J.; Dodson, G. G.; Whittingham, J. L.; Brzozowski, A. M.; Toward the insulin-IGF-I intermediate structures: Functional and structural properties of the [TyrB25NmePheB26] insulin mutant. Biochemistry (2004) in press.
Ciencialová, A.; Žáková, L.; Jiráček, J.; Barthová, J., Barth, T.; Preparation and characterization of two LysB29 specifically labelled fluorescent derivatives of human insulin. J. Pep. Sci. 10 (2004) 470-478.
Šolínová, V.; Kašička V.; Koval D.; Barth T.; Ciencialová A.; Žáková, L.; Analysis of synthetic derivatives of peptide hormones by capillary zone electrophoresis and micellar electrokinetic chromatography with ultraviolet-absorption and laser-induced fluorescence detection. J. Chromatography B 808 (2004) 75-82.
4.14 Fotochemická selektivita v párech bází guanin…cytosin
Šponer, J., Jurečka, P., Hobza, P., Kabeláč, M.
Chemie v prebiotických podmínkách se vyvíjela před tvorbou ochranné ozónové atmosféry a tudíž za podmínek intenzívního UV záření charakteristického krátkými vlnovými délkami. Fotochemická stabilita molekulárních stavebních bloků důležitých pro vývoj života byla proto velmi důležitým faktorem vývoje.
Abychom objasnili úlohu UV záření na párování bází nukleových kyselin, studovali jsme interakci guaninu a cytosinu.Použili jsme kombinaci experimentu (IR-UV spektroskopie), přesných kvantově-chemických výpočtů a počítačových simulací. Ukázali jsme, že doba života excitovaných stavů párů guanin…cytosin ve Watson-Crickově struktuře (tj. struktura, která existuje v DNA) je nejméně o 2 řády stabilnější než doba života jiných struktur párů jakož i izolovaných bází nukleových kyselin. Můžeme tak spekulovat, že za podmínek vzniku života na Zemi hrála výjimečná stabilita Watson-Crickova páru klíčovou roli v mechanizmu genetického rozpoznání jakož i v přenosu genetického kódu.
Obr. REMPI spektra 5 ruznych strukturnich typu komplexu guaninu s cytosinem. Komplexy A1, A2 a A3 odpovidaji Watson-Crickove usporadani, zatimco struktury B a C odpovidaji jinym usporadanim komplexu. Z rozdilneho tvaru spekter plyne rozdilna doba zivota jednotlivych komplexu.
1. Ali Abo-Riziq, Louis Grace, Eyal Nir, Martin Kabeláč, Pavel Hobza, Mattanjah S. de Vries: Photochemical selectivity in GC base pair structures. Proc. Natl. Accd. Sci.
2. Sponer, J., Jurecka, P., Hobza, P.: Accurate interaction energies of hydrogen-bonded nucleic acid base pairs, J.Am. Chem. Soc., 126 (32), 10142 (2004)
