Hybridní materiály

Kontakt: K. Lang, Bioanorganická laboratoř

Studujeme fotofunkční materiály, jejichž funkce je iniciována světlem. Protože fotosenzitizátory přenášejí energii světelných kvant na atmosferický kyslík, lze připravit fotoaktivní materiály produkující singletový kyslík za pomoci porfyrinových senzitizátorů, které jsou inkorporovány do anorganických materiálů typu jílů a do vláken nanotkanin. Pro svou vysokou reaktivitu a schopnost degradovat biomolekuly představuje singletový kyslík potenciální nebezpečí pro mikroorganismy; těchto vlastností však lze také využít k přípravě materiálů s baktericidními vlastnostmi aktivovanými světlem. Výhodou senzitizátorů je, že jsou účinné již při velmi nízkých koncentracích, protože jedna molekula senzitizátoru může opakovaným přenosem energie produkovat mnoho molekul singletového kyslíku. Prokázali jsme, že materiály s inkorporovanými senzitizátory vykazují po ozáření viditelným (slunečním) světlem baktericidní účinky.

Vrstevnaté hydroxidy. Jednotlivé destičky vrstevnatých hydroxidů jsou tvořeny kationty kovů (Zn, Mg, Al, Ni, etc.) s koordinovanými OH skupinami. Jejich kladný náboj je kompenzován anionty, které se nacházejí v mezivrstevnatém prostoru. Tyto anionty významně ovlivňují vlastnosti hydroxidů.

Čeho jsme dosáhli:

- Příprava a studium vlastností vrstevnatých hydroxidů různých kovů (Zn, Mg, Ni, Eu, etc.) s organickými anionty mezi vrstvami.

- Popis uspořádání porfyrinových molekul v mezivrstevném prostor: viz obrázek ukazující jednotlivé hydroxidové vrstvy (tmavé linky) s porfyriny mezi nimi (pravá část obrázku)

- Využití vlastností vrstevnatých materiálů jako nanokontejneru a nanoplniva pro přípravu nových fotobaktericidních povrchů založených na porfyrin-vrstevnatý materiál/polymerních kompozitech.

- Tvorba orientovaných hydroxidových a oxidových (např. ZnO) filmů.

- Manipulace s jednotlivými hydroxidovými nanovrstvami (tloušťka 0.48 nm) a příprava nanodestiček ZnO (viz obrázek z elektronového mikroskopu).

- Polymerní nanovlákna s obsahem porfyrinových molekul jsou fluorescenční, mají zpožděnou fluorescenci a produkují singletový kyslík, který zajišťuje baktericidní a virocidní charakter povrchu tkanin připravených z těchto nanovláken (Obrázek z mikroskopu ukazuje strukturu tkanin, měření fluorescence a vzniku singletového kyslíku je na pravé straně).

Vybrané publikace

J. Demel, J. Pleštil, P. Bezdička, P. Janda, M. Klementová, K. Lang: Few-Layer ZnO Nanosheets: Preparation, Properties, and Films with Exposed Facets. J. Phys. Chem. C 115 (2011) 24702-24706.

M. Jiřičková, J. Demel, P. Kubát, J. Hostomský, F. Kovanda, K. Lang: Photoactive Self-Standing Films Made of Layered Double Hydroxides with Arranged Porphyrin Molecules. J. Phys. Chem. C 115(44) (2011) 21700–21706.

J. Demel, J. Pleštil, P. Bezdička, P. Janda, M. Klementová, K. Lang: Layered zinc hydroxide salts: Delamination, preferred orientation of hydroxide lamellae, and formation of ZnO nanodiscs. J. Colloid Inter. Sci. 360 (2011) 532-539.

J. Mosinger, K. Lang, J. Hostomský, J. Franc, J. Sýkora, M. Hof, P. Kubát: Singlet oxygen imaging in polymeric nanofibers by delayed fluorescence. J. Phys. Chem. B 114 (2010) 15773–15779.

J. Demel, P. Kubát, I. Jirka, P. Kovář, M. Pospíšil, K. Lang: Inorganic-organic hybrid materials: layered zinc hydroxide salts with intercalated porphyrin sensitizers. J. Phys. Chem. C 114 (2010) 16321-16328.

E. Káfuňková, K. Lang, P. Kubát, M. Klementová, J. Mosinger, M. Šlouf, A.-L. Troutier-Thuilliez, F. Leroux, V. Verney, C. Taviot-Guého: Porphyrin-LDH dispersed polymer composites as novel ecological photoactive surfaces. J. Mater. Chem. 20 (2010) 9423-9432.

E. Káfuňková, C. Taviot-Guého, P. Bezdička, M. Klementová, P. Kovář, P. Kubát, J. Mosinger, M. Pospíšil, K. Lang: Porphyrins Intercalated in Zn/Al and Mg/Al Layered Double Hydroxides: Properties and Structural Arrangement. Chem. Mater. 22 (2010) 2481-2490.

GAČR projekty

P207/10/1447            Fotoaktivní hybridní materiály

203/08/0831              Nanotkaniny produkující singletový kyslík