This study embarks on exploiting the Thickness Shear Mode (TSM) acoustic wave sensor and the ElectroMagnetic Piezoelectric Acoustic Sensor (EMPAS) towards the study of aptamer-to-cocaine binding in a label-free direct approach. The high sensitivity and selectivity offered by the EMPAS in combination with alkyltrichlorosilane-based self-assembled monolayers proved superior towards the detection of cocaine. The most efficient method for the attachment of the aptamers onto the sensor surface to construct highly dense populations of the aptamer molecules with retained biomolecule activity is shown to be dependent on the composition of immobilizing solution and on the amount of spacing provided in the plane of the aptamer molecules. The distinct ligand-induced binding mechanisms and regeneration capabilities of the two anti-cocaine aptamers are monitored with the EMPAS. Utilizing this sensor to monitor cocaine-aptamer interactions will serve as the first piezoelectric aptasensor for the detection of a small molecule.

Tato závěrečná práce je shrnutím výzkumu smykově zatěžovaných trhlin, který proběhl v průběhu čtyř let doktorského studia jejich autora Ing. Stanislava Žáka (Středoevropský technologický institut, Vysoké učení technické v Brně). Předložená práce je zaměřena na prohloubení znalostí v oblasti pokročilé lomové mechaniky, konkrétně pro smykové zatěžování trhlin kombinované s případy geometrických odchylek trhlin od běžně používaných modelů. To mimo jiné znamená návrh nových přístupů a modelů a popis součinitelů intenzity napětí pro geometricky komplikované trhliny. První část práce je věnována shrnutí současných přístupů v lomové mechanice a dále i popisu numerických metod, použitých v dalších výpočtech. Kromě klasických přístupů se tato část textu zabývá i novějším výzkumem zaměřeným na smykové zatěžování trhlin, speciálně pro dva typy zkušebních těles – válcový vzorek s obvodovým vrubem a trhlinou zatížený prostým smykem nebo krutem a CTS těleso umožňující zatížení trhliny v módech I, II a také v jejich kombinaci I+II. Další část textu je zaměřena na konkrétní výpočty lomových parametrů při použití nových modelů s komplikovaným čelem trhliny. Teoretické řešení lomových parametrů pro oba výše zmíněné modely je porovnáno s experimentálními výsledky, získanými v navazujících projektech. U modelu válcového vzorku je popsána možnost zjednodušení budoucích modelů těles s podobným typem komplikované trhliny a současně je na něm popsán lokální vliv zubatosti čela trhliny na indukci lokálního zatížení v módu II při globálním zatížení v módu III. Tyto výsledky jsou přímo propojeny s experimentální kvantifikací únavového šíření lomu při zatížení v módu III. CTS těleso je použito k popisu vlivu drsnosti trhliny na součinitele intenzity napětí. Na tomto modelu je pozorován jak globální pokles hodnoty KII při zvyšující se drsnosti trhliny, tak i lokální změny v namáhání trhliny podél jednotlivých nerovností. Výsledky potvrzují, i pro dosud málo zkoumané smykové zatěžování, že mikrostruktura lomových ploch a čela trhliny má vliv na lomové parametry. Rozšiřují tak současné znalosti v oboru lomové mechaniky popisem geometrického stínění čela trhliny pro zátěžné módy II a III.

Práce je zaměřena na šíření únavových trhlin v módech II, III a II + III v prahové oblasti v kovových materiálech. Byly provedeny experimenty pro ARMCO železo, titan, nikl a austenitickou ocel na třech druzích vzorků pro zatěžování trhliny ve smykových módech. Byl použit zvláštní způsob vytváření iniciační trhliny, který eliminoval efekt zavírání trhliny na začátku smykového zatěžování. Ve všech zkoumaných materiálech byly efektivní prahové hodnoty v módu II přibližně 1,7 krát nižší než v módu III. Měřením úhlů lokálních odklonů a natočení lomových faset s použitím stereofotogrammetrie v SEM bylo usuzováno na tendenci trhliny k vyhýbání do lokálního módu I. Nejmenší úhly byly zjištěny u ARMCO železa pro trhliny v módech II i III, středně velké úhly u titanu a niklu a největší úhly (vyhnutí do čistého módu I) byly pozorovány u austenitické oceli. Tyto rozdíly lze vysvětlit různým počtem dostupných skluzových systémů v krystalových mřížkách daných materiálů. Poměry mezi naměřenými prahovými hodnotami v módu I, II a III byly srovnány s předpověďmi teoretických modelů. Byl navržen analytický vztah pro efektivní prahové hodnoty v módu II, který byl v dobré shodě s experimentálními výsledky. Pomocí efektivních prahových hodnot bylo vyčísleno kritérium pro vyhýbání do módu I, které vedlo ke kritickému úhlu odklonu 40° souvisejícímu s přechodem z lokálního smykového módu do otevíracího módu.