Polovodičové mikrostruktury pro fotostimulaci buněk

Peroxid vodíku (H2O2) je metastabilní reaktivní forma kyslíku, která reguluje mnoho biologických drah. Úloha H2O2 v biologických procesech závisí na jeho lokální koncentraci, v malém množství (nM) může působit jako signální molekula, zatímco vyšší koncentrace mohou mít cytotoxické účinky. Cílem této práce bylo vytvoření fotosenzitivních mikročástic, které by produkovaly fyziologické množství peroxidu vodíku pro regulaci signálních drah v kultivovaných buňkách. Navrhované mikročástice jsou organické fotovoltaické struktury bez substrátu, které produkují H2O2 fotofaradickou redukcí molekulárního kyslíku. Produkce peroxidu probíhá za současné oxidace donoru elektronů přítomného v elektrolytu. Částice mají rozměry v řádu mikrometrů, zatímco jejich tloušťka nepřekračuje 100 nm. Fotofaradické reakce jsou poháněny červeným světlem (660 nm), které může pronikat tkáněmi, což umožňuje potenciální aplikace mikročástic in vivo. Práce se bude zabývat optimalizací výroby mikročástic a charakterizací produkce H2O2.
Hydrogen peroxide (H2O2) is a metastable reactive oxygen species regulating many biological pathways. The role of H2O2 in biological processes depends on its local concentration, in the nM range H2O2 can act as a signalling molecule, while exposure to higher levels of H2O2 can have cytotoxic effects. The aim of this work is to create photosensitive microparticles that would produce physiological amounts of hydrogen peroxide to regulate signalling pathways in cultured cells. The proposed microparticles are substrate-free organic photovoltaic elements that produce H2O2 by photofaradaic reduction of molecular oxygen with the concurrent oxidation of an electron donor present in the electrolyte. The detailed fabrication methods to achieve them were described. The particles have lateral dimensions in the range of micrometres, while a thickness of less than 100 nm. Photofaradaic reactions are driven by tissue-penetrating deep red light (660 nm) to enable potential in vivo applications of the technology. The thesis will discuss optimization of the photofaradaic microparticles production and characterization of the H2O2 evolution.