Master's Thesis

Physicochemical characterization of multichain ion amphiphile pairs

Final Thesis 1.57 MB

Author of thesis: Bc. Ludmila Novotná

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jitka Krouská, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis focuses on the preparation and characterization of multi-chain ion pair
amphiphiles (IPAs), specifically a three-chain system composed of cetyltrimethylammonium
bromide (CTAB) and dihexadecyl phosphate (DHDP). Vesicular systems were prepared from
these IPAs in aqueous media and stabilized using various stabilizing agents. Only systems
containing phosphatidic acid were found to be stable. For these systems, the possibility of
reducing its concentration and the effect of cholesterol as a secondary stabilizing agent were
further investigated.
The prepared systems were characterized using dynamic light scattering (DLS), which provides
information on particle size and size distribution, and electrophoretic light scattering (ELS),
used to determine surface charge and colloidal stability. In addition, fluorescence spectroscopy
was employed, where generalized polarization was used to assess membrane hydration and
fluorescence anisotropy to evaluate membrane fluidity.
DLS and ELS measurements showed that systems with reduced phosphatidic acid content and
low cholesterol content do not exhibit sufficient stability, whereas the remaining systems were
stable and their sizes fell within the range suitable for potential use as drug delivery carriers.
Fluorescence measurements demonstrated a pronounced dependence of membrane properties
on temperature and cholesterol content. A membrane phase transition was detected, and it was
found that the effect of cholesterol on the organization of the lipid bilayer, its hydration, and its
fluidity varies depending on the temperature range and the corresponding phase state of the
membrane. The presence of cholesterol leads to a flatter phase-transition profile and smaller
changes in the measured parameters between individual phase states, thereby mitigating the
influence of temperature on membrane properties.

Keywords:

ion pair amphiphiles, catanionic vesicles, lipid bilayer, cholesterol, dynamic light scattering,
electrophoretic light scattering, fluorescence spectroscopy

Date of defence

25.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své diplomové práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise zhodnotila její diplomovou práci celkově jako výbornou. Pekař: Jak obtížný byl celý proces přípravy vezikul? V jaké formě je kyselina fosfatidová? Kozáková: Jak si představit systém v přechodové oblasti? Lehocký: Vysvětlete časovou osu měření? Co si představujete pod pojmem index polydisperzity? Vala: Proč jsou tyto systémy vytvářeny?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry and Chemical Technologies (NPCP_CHCHTE)

Composition of Committee

doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Viera Jančovičová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D.

Bc. Ludmila Novotná zpracovala diplomovou práci na téma formulace vezikulárních systémů z pseudo-třířetězcových tenzidů na bázi iontových párů amfifilů. Tato práce byla inspirována spoluprací s prof. Changem z NCKU (Tainan, Taiwan) a významně rozšířila poznání o způsob formulace a popis fyzikálně-chemických vlastností membrán těchto vezikulárních systémů. Práce je velmi rozsáhlá, což reflektuje o rok delší zpracování tématu. Studentka prokázala schopnost jednoduché syntézy iontových párů amfifilů, formulace vezikulárních systémů z těchto iontových párů amfifilů a použití fluorescenční spektroskopie k popisu chování membrány při různých teplotách.

S prací a interpretací dat jsem spokojen, doporučuji práci k obhajobě a navrhuji hodnocení stupněm A/výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jitka Krouská, Ph.D.

Předložená diplomová práce Bc. Ludmily Novotné se věnuje přípravě a charakterizaci vezikulárních systémů s komplikovanější strukturou, než s jakou se na pracovišti autorky pracovalo doposud. Téma je zajímavé, vědecky aktuální a jistě se bude na práci autorky v týmu navazovat, protože se jí úspěšně podařilo požadované vezikulární systémy připravit. Z vědeckého hlediska studentka postupovala chronologicky a dle inspirace odbornou literaturou, připravené vzorky charakterizovala vhodnými metodami a dosažené výsledky diskutuje. Data z fluorescenčních měření jsou zpracována do kartézského diagramu, což považuji za pokročilou datovou analýzu. Vyzdvihuji s pochvalou množství citovaných zdrojů. Postrádám však diskuzi týkající se zvoleného teplotního rozsahu s návazností na potenciální farmaceutické využití daných systémů.
Případné požadované doplnění a vysvětlení je shrnuto v otázkách k obhajobě.
Mám však k samotnému textu práce několik výhrad, které se týkají jazykového zpracování. Na mnoha místech je chyba v interpunkci, což při použití dlouhých souvětí občas komplikuje porozumění textu. V kap. 2.4.3 na str. 23 nejsou u symbolů pro různé fáze membrány správně uvedeny symboly s dolním indexem (Lo, Ld, So). Na několika místech je text psán jiným typem písma (jak samostatná slova, tak dokonce celé odstavce). Vyskytne se i špatně vložený křížový odkaz s uvedením nešťastné chyby odkazu.
Z odborné stránky – správně jsou van der Waalsovy interakce, nikoliv Van der Waalsovy (např. str. 21, 22).  Chybně (nekompletně) je uveden název přístroje pro měření dynamického rozptylu světla. Při popisu teplot fázových přeměn (v teorii) by bylo vhodné uvést konkrétní teploty.
Výše uvedené nedostatky nesnižují odbornost práce, kterou bych ráda rozhodně pochválila. Diplomovou práci Bc. Ludmily Novotné doporučuji k obhajobě s hodnocením „velmi dobře“ (B).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování C
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace B
Topics for thesis defence:
  1. 1. Prosím o upřesnění/vysvětlení nesrovnalosti v terminologii týkající se kyseliny fosfatidové v kontextu s obr. 9, kde je uvedena konkrétní sodná sůl této sloučeniny, ovšem s tím, že se jedná o kyselinu.
  2. 2. Teplota zřejmě bude ovlivňovat velikost připravených koloidních částic. Měření velikosti částic probíhalo jen při teplotě 25°C, fluorescenční analýzy byly provedeny v širším teplotním rozsahu. Jaký trend změny velikosti částic očekáváte v tomto rozsahu do 80°C?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová