Operační principy bioelektronických součástek na bázi tenkých nanodiamantových vrstev připravených metodou PECVD

Abstract

Cílem této práce je realizace bioelektronického systému pro detetkci melittinu, založený na umělé buněčné membráně a borem dopovaném nanokrystalickém diamantu. K dosažení tohoto úkolu bylo potřeba vytvořit tenké diamantové vrstvy s vhodnými vlastnostmi. Byl zkloumán nukleační proces, založený na samouspořádání monodisperze nanodiamantových krystalů do monovrstvy a růst borem dopovaných nanokrystalických diamantových (B-NCD) vrstev pomocí PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) systému, který byl dále použit na konstrukci impedimerických biosensorů. Povrchová morfologie filmů byla zkoumána metodami mikroskopu atomárních sil (AFM). Byla zkoumána atomová terminace povrchu, a její vliv na kontaktní úhel a kontrolována tak aby došlo k vytvoření silně hydrofilního a hydrofobního povrchu měřením kontaktního úhlu. Na povrchu B-NCD byla z liposomů připravena lipidová membrána z neutrálních dioleoyl-phosphatidylcholin (DOPC) a negativně nabitých dioleoyl-phosphatidylserine/dioleoyl-phosphatidyl-cholin metodou "vesicle fusion". Nakonec byla použita impedanční spektroskopie jako metoda pro zkoumání detekčních vlastností získaných struktur v přítomnosti melittinu a fosfolipázy.

The aim of this thesis is a realization of a bioelectronic device for detection of melittin based on supported lipid membrane on boron doped nanocrystalline diamond (B-NCD). To achieve this goal I have developed diamond films with suitable properties, including the nucleation and growth of the layers. Nucleation process, based on self-assembly of nanodiamond crystal dispersion, and boron doped nanocrystalline diamond (B-NCD) films growth by PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) system was established and further optimized to allow growth of low surface roughness films. Surface morphology of films has been studied by atomic force microscopy (AFM). Surface atomic termination was modified to yield a strongly hydrophilic and hydrophobic surface and studied by contact angle measurement. Supported lipid membranes from neutral dioleoyl-phosphatidylcholine (DOPC) and negatively charged dioleoyl-phosphatidylserine/dioleoyl-phosphatidyl-choline. Liposome membrane was formed on the surface of B-NCD film via vesicle fusion of liposomes. Finally, the impedance spectroscopy was used for investigatinng biosensing properties of the obtained structures in the presence of mellitin and phospholipase A2.