Daktaro disertacijoje apibendrintų mokslinių tyrimų tikslas - pritaikyti aukso nanodaleles, skirtingas gliukozės oksidazes bei elektrai laidų polimerą polipirolą elektrodo modifikavimui bei gliukozės amperometriniam nustatymui biologiniais jutikliais. Aukso nanodalelės (AuND) imobilizuotos grafito elektrodo paviršiuje kartu su tirpiu elektronų pernašos tarpininku užtikrina efektyvesnę elektronų pernašą nuo gliukozės oksidazės (GOx) aktyvaus centro elektrodui fermentinės gliukozės oksidacijos metu. Naudojant AuND modifikuotus elektrodus amperometriniais biologiniais jutikliais registruojami apie 2 kartus didesni maksimalūs analiziniai signalai lyginant su elektrodu be AuND. Biologinių jutiklių tiesinės priklausomybės nuo substrato koncentracijos intervalas yra iki 10 mmol/L gliukozės ir aptikimo riba 0,08 mmol/L analitės. Po 66 dienų biologiniu jutikliu naudojančiu elektrodą modifikuotą GOx užregistruotas analizinis signalas sudarė 43 % pradinės signalo reikšmės, tuo tarpu naudojant 13,0 nm AuND ir GOx jutiklio analizinis signalas sudarė tik 22 % pradinės reikšmės. AuND esančios tiriamajame tirpale užtikrina efektyvesnę elektronų pernašą nuo gliukozės oksidazės aktyviojo centro elektrodui, kai jų koncentracija yra nuo 0,01 iki 0,60 nmol/L ir tirpale yra N-metilfenazino metosulfato. Naudojant 13,0 nm skersmens AuND, biologinio jutiklio aptikimo riba yra 0,05 mmol/L gliukozės, o tiesiškumo intervalas nuo 0,1 iki 10 mmol/L substrato. Taip pat nustatyta, kad kuo didesnė AuND... [toliau žr. visą tekstą] / The amperometric and voltammetric biosensors, based on gold nanoparticles, were designed and applied for biochemical, clinical and environment applications. Electrochemical biosensors are very selective, sensitive, fast and reusable. Gold, silver, platinum and SiO2 particles in the range 1–100 nm often provide an ideal remedy for immobilized enzymes with minimum diffusion limitations, promotion of electrochemical reaction, maximum surface area per mass unit and high effective achievement of enzymes direct wiring to electrode surface. Also, nanoparticles increase electron transfer rate between enzyme and an electrode surface. The aim of the work was to to apply different size nanoparticles, different glucose oxidases and electroconductive polymer polypyrrole for graphite electrode modification and determine the analytical characteristics of enzymatic biosensors for determination of glucose. It is established, that gold nanoparticles immobilized on graphite electrode with electron transfer mediator provide more effective electron transfer from glucose oxidase to electrode. Also, gold nanoparticles present in solution provide more effective electron transfer from enzyme to electrode when concentration of gold nanoparticles is ˂ 0.06 nmol/L and concentration of electron transfer mediator PMS is 2 mmol/L. The higher concentrations of nanoparticles in the solution make the electron transfer in the same system less efficient if compared with lower concentrations of nanoparticles... [to full text]

The objectives of the doctoral thesis are following: (i) to design carbohydrate/oxygen enzymatic biofuel cells (EBFCs); (ii) to determine the factors limiting the performance of EBFCs; (iii) to characterise the bioelectrochemical properties of the enzymes adsorbed at conductive nanostructures and evaluate the viscoelasticity of these nanostructures. In this work 5-amino-1,10-phenanthroline (5AP) has been found to be the best redox mediator for glucose oxidase (GOx) enzyme among five studied phenanthroline derivatives with different functional groups. Later the 5AP cross-linked with GOx enzyme on a graphite rod electrode (GRE) was employed as an anode while GRE with co-immobilised horseradish peroxidase (HRP) and GOx was exploited as a cathode in order to design a glucose powered EBFC. A positively charged bi-functional thiol, N-(6-mercapto)hexylpyridinium (MHP), was exploited to electrostatically attach the cellobiose dehydrogenase (CDH) enzymes from Corynascus thermophilus (CtCDH) and Humicola insolens (HiCDH) to the gold nanoparticle (AuNP) surface. This coupling enabled a sufficient direct electron transfer between the enzymes and the AuNP-modified gold surface. Therefore, the HiCDH enzyme, showing better performance characteristics, was employed as an anodic biocatalyst in the designing of a mediatorless carbohydrate (glucose or lactose)/oxygen EBFC. The biocathode of the EBFC was based on bilirubin oxidase from Myrothecium verrucaria directly immobilised on the surface... [to full text] / Disertacinio darbo tikslai: (i) sukonstruoti fermentinius angliavandenių/deguonies biokuro elementus (FBKE); (ii) nustatyti FBKE veikimą ribojančius faktorius; (iii) apibūdinti fermentų, adsorbuotų laidžiose nanostruktūrose, bioelektrokatalizines charakteristikas ir įvertinti šių nanostruktūrų viskoelastines savybes. 5-amino-1,10-fenantrolino (5AF) junginys, iš penkių šiame darbe tirtų fenantrolinų junginių besiskiriančių funkcinėmis grupėmis, įvertintas kaip geriausias elektronų pernašos (EP) tarpininkas gliukozės oksidazės (GO) katalizuojamoje heterogeninėje reakcijoje. 5AF junginys kartu su GO fermentu (5AF/GO) buvo panaudotas anodinio elektrodo konstrukcijoje, o atitinkamai bifermentinė krienų peroksidazės (KP) ir GO sistema (KP/GO) – katodinio elektrodo konstrukcijoje. Šie elektrodai panaudoti gliukozės FBKE kūrimui. Teigiamą krūvį turintis bifunkcinis tiolinis N-(6-merkapto)heksilopiridinio (MHP) junginys panaudotas fermentų imobilizacijai aukso nanodalelių (AuND) paviršiuje elektrostatinės sąveikos būdu. AuND paviršiuje imobilizuoti celiobiozės dehidrogenazės (CDH) fermentai, išskirti iš Corynascus thermophilus (CtCDH) ir Humicola insolens (HiCDH) kamienų, sudarė fermentas-AuND sąsają įgalinančią tiesioginę EP. HiCDH fermentas kaip biokatalizatorius pritaikytas anodinio elektrodo konstrukcijoje AuND/MHP/HiCDH kuriant tiesiogine EP paremtus angliavandenių (gliukozės, laktozės)/deguonies FBKE. Bilirubino oksidazė (BO), tiesiogiai imobilizuota AuND paviršiuje (AuND/BO)... [toliau žr. visą tekstą]

Disertacinio darbo tikslai: (i) sukonstruoti fermentinius angliavandenių/deguonies biokuro elementus (FBKE); (ii) nustatyti FBKE veikimą ribojančius veiksnius; (iii) apibūdinti fermentų, adsorbuotų laidžiose nanostruktūrose, bioelektrokatalizines charakteristikas ir įvertinti šių nanostruktūrų viskoelastines savybes. 5-amino-1,10-fenantrolino (5AF) junginys, iš penkių šiame darbe tirtų fenantrolinų junginių besiskiriančių funkcinėmis grupėmis, įvertintas kaip geriausias elektronų pernašos (EP) tarpininkas gliukozės oksidazės (GO) katalizuojamoje heterogeninėje reakcijoje. 5AF junginys kartu su GO fermentu (5AF/GO) buvo panaudotas anodinio elektrodo konstrukcijoje, o atitinkamai bifermentinė krienų peroksidazės (KP) ir GO sistema (KP/GO) – katodinio elektrodo konstrukcijoje. Šie elektrodai panaudoti gliukozės FBKE kūrimui. Teigiamą krūvį turintis bifunkcinis tiolinis N-(6-merkapto)heksilopiridinio (MHP) junginys panaudotas fermentų imobilizacijai aukso nanodalelių (AuND) paviršiuje elektrostatinės sąveikos būdu. AuND paviršiuje imobilizuoti celiobiozės dehidrogenazės (CDH) fermentai, išskirti iš Corynascus thermophilus (CtCDH) ir Humicola insolens (HiCDH) kamienų, sudarė fermentas-AuND sąsają įgalinančią tiesioginę EP. HiCDH fermentas kaip biokatalizatorius pritaikytas anodinio elektrodo konstrukcijoje AuND/MHP/HiCDH kuriant tiesiogine EP paremtus angliavandenių (gliukozės, laktozės)/deguonies FBKE. Bilirubino oksidazė (BO, tiesiogiai imobilizuota AuND paviršiuje (AuND/BO)... [toliau žr. visą tekstą] / The objectives of the doctoral thesis are following: (i) to design carbohydrate/oxygen enzymatic biofuel cells (EBFCs); (ii) to determine the factors limiting the performance of EBFCs; (iii) to characterise the bioelectrochemical properties of the enzymes adsorbed at conductive nanostructures and evaluate the viscoelasticity of these nanostructures. In this work 5-amino-1,10-phenanthroline (5AP) has been found to be the best redox mediator for glucose oxidase (GOx) enzyme among five studied phenanthroline derivatives with different functional groups. Later the 5AP cross-linked with GOx enzyme on a graphite rod electrode (GRE) was employed as an anode while GRE with co-immobilised horseradish peroxidase (HRP) and GOx was exploited as a cathode in order to design a glucose powered EBFC. A positively charged bi-functional thiol, N-(6-mercapto)hexylpyridinium (MHP), was exploited to electrostatically attach the cellobiose dehydrogenase (CDH) enzymes from Corynascus thermophilus (CtCDH) and Humicola insolens (HiCDH) to the gold nanoparticle (AuNP) surface. This coupling enabled a sufficient direct electron transfer between the enzymes and the AuNP-modified gold surface. Therefore, the HiCDH enzyme, showing better performance characteristics, was employed as an anodic biocatalyst in the designing of a mediatorless carbohydrate (glucose or lactose)/oxygen EBFC. The biocathode of the EBFC was based on bilirubin oxidase from Myrothecium verrucaria directly immobilised on the surface... [to full text]

Disertacijoje nagrinėjamas galimas aplinkos poveikis organinių molekulių elektroninių būsenų savybėms. Tam tikslui yra naudojami kompiuterizuotieji kvantinės mechanikos metodai, kuriais remiantis nagrinėjamos įvairių molekulių savybės. Ištirtos 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol ir N-triphenylmethylsalicylidene imine molekelulių, esančių poliniame tirpiklyje, struktūros pagrindinėje ir sužadintose elektroninėse būsenose. Pirmą kartą parodyta, kad, norint gauti teisingą kokybinį ir artimą kiekybiniam vidujmolekulinės protono pernašos potencinės energijos paviršių, būtina atsižvelgti į polinių tirpiklio molekulių kuriamą vandenilinių ryšių tinklą bei į nulinių svyravimų energijas. Pastarieji ir nulemia protono pernašos vyksmo kryptį bei efektyvumą. Parodyta, kad anilų klasės molekulių konformerų susiformavimas priklauso nuo tirpiklio poliškumo, o jų susidarymas savo ruožtu konkuruoja su klasterių iš tirpiklio molekulių susiformavimo galimybėmis. Pirmą kartą parodyta, kad dipolinio momento vertė bakteriorodopsine yra nulemta membranos paviršiuose esančių radikalų. Pademonstruota, kad stilbazolio molekulė deformuojasi ir sudaro naujus konformerus (pademonstruota dviejų formų atsiradimo galimybė) tik esant molekulėms tirpalo apsuptyje. Šis rezultatas paaiškino eksperimente stebimus skirtuminių spektrinių pokyčių evoliucijos prigimtį. Apskaičiuotos ir išanalizuotos karotinoidų - luteino, violaksantino ir zeaksantino molekulių - žemiausios sužadintos elektroninės būsenos. Parodyta... [toliau žr. visą tekstą] / To explore changes caused by the environment on the internal characteristics of an organic molecule is the objective of the thesis. For this purpose we investigate a variety of organic molecules. Using various methods of quantum mechanics calculations possible influence of a polar solvent on the ground and excited states of 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol and N-triphenylmethylsalicylidene imine is considered. It is shown for the first time that in order to obtain the correct qualitative and quantitative interpretation of possible pathways of the intermolecular proton transfer the hydrogen network of the polar solvent molecules together with the zero point energy have to be taken into consideration. It is also shown that conformational variability of anil-type molecules in polar solvents is competing with clusters formation of solvent molecules. It is shown for the first time that the dipole moment of bacteriorhodopsin is mainly defined by cytoplasmic and extracellular coils on the surfaces of the membrane. It is also demonstrated that the stilbazole molecule experiences the deformation resulting in formation of new conformers (at least two forms are present) in the solvent surrounding. The experimental data of the transient spectroscopy were explained in the basis of these model calculations. The lowest excited states of carotinoids, such as lutein, zeaxanthin and violoxantin are calculated and analyzed. Sensitivity of the excited electronic state on the polar environment is... [to full text]

Disertacijoje nagrinėjamas galimas aplinkos poveikis organinių molekulių elektroninių būsenų savybėms. Tam tikslui yra naudojami kompiuterizuotieji kvantinės mechanikos metodai, kuriais remiantis nagrinėjamos įvairių molekulių savybės. Ištirtos 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol ir N-triphenylmethylsalicylidene imine molekelulių, esančių poliniame tirpiklyje, struktūros pagrindinėje ir sužadintose elektroninėse būsenose. Pirmą kartą parodyta, kad, norint gauti teisingą kokybinį ir artimą kiekybiniam vidujmolekulinės protono pernašos potencinės energijos paviršių, būtina atsižvelgti į polinių tirpiklio molekulių kuriamą vandenilinių ryšių tinklą bei į nulinių svyravimų energijas. Pastarieji ir nulemia protono pernašos vyksmo kryptį bei efektyvumą. Parodyta, kad anilų klasės molekulių konformerų susiformavimas priklauso nuo tirpiklio poliškumo, o jų susidarymas savo ruožtu konkuruoja su klasterių iš tirpiklio molekulių susiformavimo galimybėmis. Pirmą kartą parodyta, kad dipolinio momento vertė bakteriorodopsine yra nulemta membranos paviršiuose esančių radikalų. Pademonstruota, kad stilbazolio molekulė deformuojasi ir sudaro naujus konformerus (pademonstruota dviejų formų atsiradimo galimybė) tik esant molekulėms tirpalo apsuptyje. Šis rezultatas paaiškino eksperimente stebimus skirtuminių spektrinių pokyčių evoliucijos prigimtį. Apskaičiuotos ir išanalizuotos karotinoidų - luteino, violaksantino ir zeaksantino molekulių - žemiausios sužadintos elektroninės būsenos. Parodyta... [toliau žr. visą tekstą] / To explore changes caused by the environment on the internal characteristics of an organic molecule is the objective of the thesis. For this purpose we investigate a variety of organic molecules. Using various methods of quantum mechanics calculations possible influence of a polar solvent on the ground and excited states of 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol and N-triphenylmethylsalicylidene imine is considered. It is shown for the first time that in order to obtain the correct qualitative and quantitative interpretation of possible pathways of the intermolecular proton transfer the hydrogen network of the polar solvent molecules together with the zero point energy have to be taken into consideration. It is also shown that conformational variability of anil-type molecules in polar solvents is competing with clusters formation of solvent molecules. It is shown for the first time that the dipole moment of bacteriorhodopsin is mainly defined by cytoplasmic and extracellular coils on the surfaces of the membrane. It is also demonstrated that the stilbazole molecule experiences the deformation resulting in formation of new conformers (at least two forms are present) in the solvent surrounding. The experimental data of the transient spectroscopy were explained in the basis of these model calculations. The lowest excited states of carotinoids, such as lutein, zeaxanthin and violoxantin are calculated and analyzed. Sensitivity of the excited electronic state on the polar environment is... [to full text]

Disertacijoje nagrinėjamas galimas aplinkos poveikis organinių molekulių elektroninių būsenų savybėms. Tam tikslui yra naudojami kompiuterizuotieji kvantinės mechanikos metodai, kuriais remiantis nagrinėjamos įvairių molekulių savybės. Ištirtos 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol ir N-triphenylmethylsalicylidene imine molekelulių, esančių poliniame tirpiklyje, struktūros pagrindinėje ir sužadintose elektroninėse būsenose. Pirmą kartą parodyta, kad, norint gauti teisingą kokybinį ir artimą kiekybiniam vidujmolekulinės protono pernašos potencinės energijos paviršių, būtina atsižvelgti į polinių tirpiklio molekulių kuriamą vandenilinių ryšių tinklą bei į nulinių svyravimų energijas. Pastarieji ir nulemia protono pernašos vyksmo kryptį bei efektyvumą. Parodyta, kad anilų klasės molekulių konformerų susiformavimas priklauso nuo tirpiklio poliškumo, o jų susidarymas savo ruožtu konkuruoja su klasterių iš tirpiklio molekulių susiformavimo galimybėmis. Pirmą kartą parodyta, kad dipolinio momento vertė bakteriorodopsine yra nulemta membranos paviršiuose esančių radikalų. Pademonstruota, kad stilbazolio molekulė deformuojasi ir sudaro naujus konformerus (pademonstruota dviejų formų atsiradimo galimybė) tik esant molekulėms tirpalo apsuptyje. Šis rezultatas paaiškino eksperimente stebimus skirtuminių spektrinių pokyčių evoliucijos prigimtį. Apskaičiuotos ir išanalizuotos karotinoidų - luteino, violaksantino ir zeaksantino molekulių - žemiausios sužadintos elektroninės būsenos. Parodyta... [toliau žr. visą tekstą] / To explore changes caused by the environment on the internal characteristics of an organic molecule is the objective of the thesis. For this purpose we investigate a variety of organic molecules. Using various methods of quantum mechanics calculations possible influence of a polar solvent on the ground and excited states of 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol and N-triphenylmethylsalicylidene imine is considered. It is shown for the first time that in order to obtain the correct qualitative and quantitative interpretation of possible pathways of the intermolecular proton transfer the hydrogen network of the polar solvent molecules together with the zero point energy have to be taken into consideration. It is also shown that conformational variability of anil-type molecules in polar solvents is competing with clusters formation of solvent molecules. It is shown for the first time that the dipole moment of bacteriorhodopsin is mainly defined by cytoplasmic and extracellular coils on the surfaces of the membrane. It is also demonstrated that the stilbazole molecule experiences the deformation resulting in formation of new conformers (at least two forms are present) in the solvent surrounding. The experimental data of the transient spectroscopy were explained in the basis of these model calculations. The lowest excited states of carotinoids, such as lutein, zeaxanthin and violoxantin are calculated and analyzed. Sensitivity of the excited electronic state on the polar environment is... [to full text]

Siekiant pagreitinti 5-aminolevulino rūgšties (5-ALA) skvarbą į (pro) odą ir sudaryti terapines fotodinaminiam gydymui tinkamas jos koncentracijas, įvertinta 5-ALA ir naujo provaisto skvarba į (pro) odą iš įvairių vietinio poveikio vaisto formų. Atlikta naujo provaisto 2-(dimetilamino)-etil-5-amino-4-oksopentanoato (DMAE-ALA) sintezė, ištirtos jo charakteristikos. Nustatytas susintetinto provaisto stabilumas įvairių pH verčių buferiniuose vandeniniuose tirpaluose ir odos esterazių poveikyje, įrodytas provaisto tinkamumas pernašai į (pro) odą. Atlikti 5-ALA ir du teigiamus krūvius vaisto formoje įgaunančio provaisto jontoforetinės ir pasyvios pernašos iš buferinių tirpalų ir celiuliozinės bei polivinilkarboksilinės kilmės polimerinių gelių į (pro) odą tyrimai in vitro. Patvirtintas reikšmingas skatinamas jontoforezės poveikis krūvinių molekulių pernašai į (pro) odą ir krūvio dydžio reikšmė elektros srovės skatinamos pernašos greičiui. Ištirta vaisto formų, pagamintų iš polivilinkarboksilinės kilmės ir celiuliozės polimerų, kokybė ir jų pasyvioji bei jontoforetinė pernaša. Įrodyta, kad provaisto įterpimui naudojant celiuliozės polimerų pagrindu pagamintus gelius, pasiekiama didžiausia 5-ALA pernaša. Nustatyta, kad du krūvius turintis 5-ALA provaistas į (pro) odą skverbėsi geriau negu vieną krūvį įgaunantys arba elektriškai neutralūs 5-ALA dariniai. Sudarytos rekomendacijos, skirtos pasiekti didžiausiai 5-ALA pernašai į (pro) odą. / Passive and iontophoretic delivery of 5-aminolevulinic acid and newly synthesized prodrug into (through) skin from various topical formulations was evaluated, while trying to accelerate the penetration of 5-ALA and its derivative into (through) skin and to generate the therapeutic concentration suitable for photodynamic therapy. A new prodrug 2-(dimethylamino)-ethyl-5-amino-4-oxopentanoate (DMAE-ALA) was synthesized, its characteristics have been evaluated. Stability of the prodrug in aqueous solutions of various pH values and at exposure with skin esterases (dermal and epidermal stability) has been evaluated. Suitability of the prodrug for topical delivery was confirmed. Studies for the evaluation of 5-ALA and DMAE-ALA passive and active delivery from cutaneous solutions, cellulose and polyvinyl carboxy polymer gels into (through) skin in vitro have been performed. Significant effect of iontophoresis on delivery of charged molecules into (through) skin as well as the significance of the charge of the molecule on the delivery rate has been confirmed. It has been shown that the insertion of the prodrug into cellulose-based polymer gels produces the highest amount of 5-ALA delivered into (through) skin. It was determined that the two-charged prodrug DMAE-ALA penetrated into (through) the skin more efficiently than single-charged or electrically neutral 5-ALA derivatives. Recommendations for achieving most efficient 5-ALA delivery into (through) the skin have been composed.