Master's Thesis

Encapsulation of Fluorescent Chromophores into Micellar and Related Nanostructures: Preparation, Characterization, and Optical Properties

Final Thesis 3.69 MB

Author of thesis: Bc. Veronika Ševčíková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D.

Reviewer: Ing. Matouš Kratochvíl, Ph.D.

Abstract:

This master thesis focuses on the optical properties of luminescent nanoparticles and their potential applications in various fields, specifically in bioimaging. The biocompatibility and toxicity of the studied luminophores have not been examined in this thesis; their suitability for a given application was estimated mainly based on their optical properties. Three different luminophores were studied, two of them are oxazaborinin-based solid state emitters, and one is diphenylamine-diphenylstilbene-based dual-state emitter exhibiting fluorescence in both solution and the solid state. These luminophores were studied in solid state, in tetrahydrofuran (THF) solution, encapsulated in micelles, in the form of nanoprecipitated nanoparticles, and simple core-shell nanoparticles consisting of a nanoprecipitated core coated in tenzide. The measured optical properties included absorption, excitation, and emission spectra, quantum yield, and fluorescence lifetime. For all nanoparticle samples, particle size, polydispersity index, and zeta potential were determined. Photoisomerization induced by short-wavelength radiation was observed in diphenylamine-diphenylstilbene-based luminophore. Furthermore, emission in the red region of the visible spectrum was observed, which had a relatively long lifetime, a property that could be exploited for time-resolved bioimaging. oxazaborinin-based luminophores emitted in the green region of the visible spectrum; their optical properties were found to be insufficient for bioimaging applications. These luminescent materials could be used in the development of OLEDs or in solar cells.

Keywords:

Fluorescence, dual state emmiters, fluorescence nanoparticles, micelles, core-shell nanoparticles, nanoprecipitation

Date of defence

25.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace student-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své diplomové práce, zodpověděla dotazy oponentské i členů komise, reagovala na připomínky k diplomové práci. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise, s uvážením hodnocení v posudku a vyjádření vedoucí/ho, zhodnotila její diplomovou práci celkově jako velmi dobrou. Pekař: Jakým způsobem se dělalo nanosrážení? Jak se měřily nanočástice v roztoku? Jančovičová: Jaké koncentrace tenzidů se používaly a na jakém základě byly vybrány? Lehocký: Jak si vysvětlujete stabilizaci systému? Jaké pH měl roztok při měření nanočástic?

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
prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D.

Studentka Veronika Ševčíková přistupovala k řešení zadané diplomové práce aktivně a převážně samostatně. Cílem práce bylo realizovat enkapsulaci fluorescenčních nanočástic organických chromoforů a zhodnotit vliv enkapsulace na jejich optické vlastnosti. V rámci řešení práce se studentce podařilo připravit nanočásticové systémy a vyzkoušet několik metod jejich enkapsulace. Připravené materiály následně charakterizovala pomocí dostupných analytických metod a získala řadu zajímavých poznatků o vlivu enkapsulace na optické vlastnosti studovaných systémů.
Studentka prokázala schopnost samostatně nastudovat relevantní literaturu a orientovat se v řešené problematice. Oceňuji zejména rozsah realizovaných experimentů a aktivní přístup při laboratorní práci. Během průběžných konzultací studentka nad získanými výsledky kriticky uvažovala a přicházela s vlastní interpretací pozorovaných jevů.
Slabší stránkou práce je především interpretace a prezentace výsledků. Přestože bylo získáno značné množství experimentálních dat, diskuse výsledků místy působí příliš detailně a postrádá větší nadhled nad řešenou problematikou. Studentce se ne vždy podařilo jasně identifikovat a přehledně formulovat nejdůležitější výsledky práce a zasadit je do širšího kontextu studované problematiky. Z tohoto důvodu působí některé části práce více popisně než analyticky.
Drobnou výtku mám také k využívání konzultací během závěrečné fáze zpracování práce. Konzultace neprobíhaly vždy v dostatečném předstihu, což následně vedlo k omezenému prostoru pro průběžné korekce textu diplomové práce a detailnější zpětnou vazbu ze strany vedoucího.
Přes uvedené připomínky studentka splnila hlavní cíle zadání diplomové práce a prokázala schopnost samostatné experimentální práce i orientace v odborné literatuře. Diplomovou práci proto doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Závěry práce a jejich formulace C
Využívání konzultací při řešení práce C
Celkový přístup k řešení úkolů B

Grade proposed by supervisor: B

Diplomová práce Veroniky Ševčíkové se zabývá přípravou a studiem nanočástic enkapsulací fluorescenčních chromoforů. V teoretické části práce je podrobně přiblížen jev fluorescence a včetně jeho teoretických základů, měřitelných charakteristik a způsobů ovlivnění. Následuje kratší část věnovaná nanočásticím a bioimagingu. Shrnutí současného stavu poznání je bohužel velmi stručné, zejména v ohledu studovaných systémů surfaktant-flourofor.
V následující části jsou dopodrobna popsány provedené experimenty. Pokud je tato část práce zamýšlena jako návod pro budoucí studenty pokračující v tématu je to záslužné, ale i v tom případě bych raději volil umístění takto podrobného popisu práce do přílohy. Popis experimentu by mohl předpokládat jistou znalost a schopnost čtenáře a není nutné ho uvádět krok za krokem až na úroveň běžných postupů.
Následuje výsledková a diskusní část práce. Objem a množství provedených experimentů je vskutku úctyhodný a přesahuje standard očekávaný od diplomové práce. Na druhou stranu množství provedených experimentů ztěžuje ucelenou a přehlednou diskusi jejich výsledků, což je vidět i na předkládané práci. Popis výsledků je kombinovaný s jejich diskusí, a v tomto množství by bylo vhodné uvést na koncích kapitol stručné shrnutí.
Diskuse výsledků je vysoké odborné úrovni a vedená se zřejmým zápalem. V některých případech jí však chybí robustnější opora například v dodatečných experimentech nebo v literatuře. Tím pádem se pak blíží spíše spekulacím. Příkladem může být diskuse přítomnosti izomerů ve vzorcích DPA–DPS–DCV, nebo tvrzení, že „Emise DPA-DPS-DCV je významně ovlivněna velikostí NP.“, pouze na základě shodných spekter pro podobné velikosti částic.
Celkově je práce je psána odborně a srozumitelně s vysokou jazykovou úrovní. Po formální stránce bych vytknul snad jen ne vždy úplně dobře čitelné tabulky, a hlavně překrývající se legendu a křivky v některých grafech! Struktura textu je poměrně logická a přehledná, kapitoly na sebe smysluplně navazují. V obsahu by však zvážil uvádění nadpisů až do třetí úrovně, neboť se jedná vesměs o kratší kapitoly. Jejich uvádění pak vede k častému opakování čísla stránky v obsahu.
Studentka splnil všechny zadané cíle práce a požadavky kladené na diplomovou práci. Její experimentální činnost byla svým objemem nadstandardní, bohužel se však z mého pohledu nepodařilo získané výsledky dostatečně analyzovat a zhodnotit. S uvedenými výhradami doporučuji práci k obhajobě, a to s hodnocením „dobře“ (C)
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce B
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Využití literatury a její citace C
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace C
Topics for thesis defence:
  1. Na stránce 29 uvádíte, že pozorovaná luminiscence pevných vzorků H3 a H6 intenzitou převyšovala luminiscenci DPA-DPS-DCV. Diskutujte prosím vliv vlnové délky na intenzitu pozorovanou lidským okem.
  2. V diskusi absorpce DPA-DPS-DCV v THF uvádíte, že stáním první série roztoků po dobu tří dnů na světle došlo ke změně izomerie. Druhá série pak byla uchovávána ve tmě. Po jak dlouhou dobu před měřením? Zkoušela jste replikovat absorpci zředěnějších vzorků z první série? Přibližte prosím experimentální detaily těchto měření.
  3. Na str. 59 uvádíte že částečně ohebná struktura studovaných luminoforů, zaručuje AIE. Rozveďte prosím toto tvrzení.

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová