Seznam anotací:

1. Objev nového typu migrujícího zónového rozhraní (ÚIACH)
2. Superkritická fluidní chromatografie s iontovými kapalinami pro "zelenou" chemii a technologii (ÚIACH)
3. Prekoncentrace antimonu a bismutu pro jejich ultrastopové stanovení (ÚIACH)
4. Syntéza karboranových inhibitorů HIV-Proteázy (ÚACH)
5. Nanodispersní oxidy pro destrukci chemických otravných látek (ÚACH)
6. Soubor prací osvětlujících povahu povrchových změn při rozkladu N2O na Fe-zeolitech (ÚFCH JH)
7. Aplikace laser-diodové fotoakustické detekce pro monitorování životního prostředí (ÚFCH JH)
8. Molekulární simulace komplexních chemických systémů (ÚCHP)
9. Způsob získávání sloučenin yttria a europia z luminoforů odpadajících při zpracování použitých televizních obrazovek (ÚCHP)
10. Magnetické nano- a mikročástice pro lékařství a biologii (ÚMCH)
11. Organicko-anorganické nátěry a filmy (ÚMCH)
12. Nové typy inhibitorů proteasy z viru HIV založené na karboranech (ÚOCHB)
13. DE NOVO design inhibitoru -amylas: malé linearní mimetikum makromolekulárních proteinových ligandů (ÚOCHB)
14. Nové originální sloučeniny s antivirální aktivitou (ÚOCHB)

4.1 Objev nového typu migrujícího zónového rozhraní
Gebauer, P., Malá, Z., Boček, P.

Na teoretickém základě jsme předpověděli zcela nový typ elektroforetického rozhraní, které zahrnuje navzájem protichůdné vlastnosti: samozaostřující efekt rozhraní a elektromigrační disperzi. Jeho existenci jsme experimentálně potvrdili a shledali, že jeho častá přítomnost např. v systémech užitých pro klinické a biochemické analýzy přináší zhoršení správnosti a přesnosti analýz. Dosud byly příčiny takových problémů nejasné a jejich odstranění vyžadovalo pracné experimenty. Výsledky naší práce umožňují teoreticky předvídat existenci hybridních rozhraní a provádět výpočty složení vhodných systémů, které jsou pod exaktní kontrolou a zajišťují analýzy reálných (např. klinických a biochemických) vzorků za optimálních podmínek Přínos našich výsledků pro analytickou praxi je zásadní.

(1) Gebauer, P., Boček, P.: A new type of migration zone boundary in electrophoresis. 1. General description of boundary behavior based on EMD velocity profiles. - Electrophoresis 26: 453-462 (2005).
(2) Gebauer, P., Malá, Z., Boček, P.: A new type of migrating zone boundary in electrophoresis. 2. Transient sample zone shapes. Electrophoresis, in press.
(3) Gebauer, P., Malá, Z., Boček, P.: A new type of migrating zone boundary in electrophoresis. 3. The hybrid boundary and stacking criteria. Electrophoresis, in press.

4.2 Superkritická fluidní chromatografie s iontovými kapalinami pro "zelenou" chemii a technologii
Planeta, J., Karásek, P., Roth, M.

Soudobý důraz na trvale udržitelný rozvoj a procesy šetrné k životnímu prostředí vede k rostoucímu využívání nekonvenčních alternativních rozpouštědel, jako jsou superkritické tekutiny a iontové kapaliny. Aplikace iontových kapalin, tj. organických solí s body tání blízkými pokojové teplotě, v posledních letech exponenciálně narůstají. Významným rysem iontových kapalin je téměř nulový tlak par, a tedy nulový příspěvek ke znečištění atmosféry (na rozdíl od běžně užívaných organických rozpouštědel). Důležitá třída aplikací využívá kombinace iontových kapalin a superkritického oxidu uhličitého. K racionálnímu návrhu těchto aplikací je potřeba znát distribuční konstanty zájmových látek mezi iontovou kapalinou a superkritickým CO2. Pro měření těchto údajů jsme vyvinuli techniku superkritické fluidní chromatografie s iontovými kapalinami v roli stacionárních fází, a tuto techniku jsme využili v "badatelských" i aplikačních studiích.

(1) Planeta, J., Roth, M.: Partition coefficients of low-volatility solutes in the ionic liquid 1-n-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate-supercritical CO2 system from chromatographic retention measurements. - J. Phys. Chem. B 108: 11244-11249 (2004).
(2) Planeta, J., Roth, M.: Solute partitioning between the ionic liquid 1-n-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate and supercritical CO2 from capillary-column chromatography. - J. Phys. Chem. B 109: 15165-15171 (2005).
(3) Planeta, J., Karásek, P., Roth, M.: Distribution of sulfur-containing aromatics between [hmim][Tf2N] and supercritical CO2: a case study for deep desulphurization of oil refinery streams by extraction with ionic liquids. - Green Chem., in press (http://dx.doi.org/10.1039/b511778j).

Interpretace limitních distribučních konstant několika organických látek mezi iontovou kapalinou [bmim][BF4] a superkritickým CO2 pomocí lineárních vztahů solvatační energie - srovnání experimentálních a vypočtených hodnot



Před přípravou kolon pro superkritickou fluidní chromatografii s iontovými kapalinami je nutno leptáním zdrsnit vnitřní povrch používaných kapilár z taveného křemene

4.3 Prekoncentrace antimonu a bismutu pro jejich ultrastopové stanovení
Jan Kratzer,J., Dědina, J.

Instrumentální analytická chemie stojí v posledních letech před novou výzvou: stanovovat ultrastopové koncentrace analytů. K dosažení odpovídající citlivosti je obvykle potřeba vybavit laboratoř velmi drahou instrumentací. Pro stanovení prvků, které lze převést na těkavé hydridy, jako jsou antimon a bismut, se používá atomová absorpční spektrometrie s generováním hydridů (HG-AAS). Nezbytná atomizace hydridů je nejčastěji prováděna v jednoduchém křemenném atomizátoru. Klasické použití HG-AAS ovšem na požadavky ultrastopové analýzy nestačí.
My jsme vyvinuli extrémně jednoduchý a laciný způsob prekoncentrace antimonu a bismutu přímo v křemenném atomizátoru. Ve srovnání s klasickým použitím HG-AAS náš postup neklade vyšší požadavky na přípravu vzorků ani nezvyšuje náklady na vybavení a analýzu a přitom zlepšuje citlivost o 1-2 řády. Jinými slovy, tato naše metoda umožňuje stanovovat ultrastopové koncentrace antimonu a bismutu i v těch laboratořích, které nejsou vybavené velmi drahou špičkovou instrumentací.

(1) Kratzer, J., Dědina, J.: In situ trapping of stibine in externally heated quartz tube atomizers for atomic absorption spectrometry. - Spectrochim. Acta Part B 60: 859-864 (2005).
(2) Kratzer, J., Dědina, J.: In situ trapping of bismuthine in externally heated quartz tube atomizers for atomic absorption spectrometry. - J. Anal. Atom. Spectrom., in press
(3) Dědina, J., Kratzer, J.: Způsob prekoncentrace antimonu pro jeho stanovení metodami atomové spektrometrie. Úřad průmyslového vlastnictví, PV 2004 - 854, 2.8. 2004
(4) Dědina, J., Kratzer, J.: Způsob prekoncentrace bismutu pro jeho stanovení metodou atomové absorpční spektrometrie. Úřad průmyslového vlastnictví , PV 2005 - 761, 8.12. 2005

Křemenný atomizátor

4.4 Syntéza karboranových inhibitorů HIV-Proteázy
Klíčoví pracovníci: Bohumír Grüner, Jaromír Plešek

Ikosaedrické klastrové hydridy boru připomínají některými svými vlastnostmi, jako např. průměrem klastru, velkou stabilitou, substitučním chováním, hydrofobními interakcemi a tvorbou vodíkových vazeb, aromatické jádro. Nicméně jsou založeny na odlišných typech vazeb a spatřily světlo světa jen v rukou syntetických chemiků díky pokrokům v racionální výstavbě klastrů. Doposud jsou využívány v medicíně jen jako inertní nosiče atomů boru do maligních tkání v borové neutronové záchytové terapii. V myslích borových chemiků čas od času vyvstávají úvahy o potenciálu aplikací cíleně substituovaných borových klastrů jako účinných antivirových, bakteriocidních či protinádorových přípravků schopných omezit vznik resistentních forem. Jejich naplnění je však podmíněno těsným sepětím specialistů na syntézu borových sloučenin s biochemiky, farmakology a odborníky z klinické praxe. K takovému setkání zapálených vědců z různých oborů nedávno došlo. Ve skupině hydridů boru na ÚACh AV ČR byly úspěšně nalezeny syntetické cesty vedoucí ke zcela novým účinným nepeptidomimetickým inhibitorům HIV-1 proteásy (PR), založeným na iontových klastrových sloučeninách boru, především na kobalt bis(dikarbollidovém) iontu. Rychlý vývoj těchto látek byl umožněn předchozím systematickým základním výzkumem na ÚACh AV ČR, který byl zaměřen na konstrukci stavebních klastrových bloků nesoucích reaktivní skupiny. Tyto stavební jednotky nyní umožnily rychlou cílenou přípravu dimerních a supramolekulárních útvarů, a snadnou optimalizaci geometrie molekuly. Inhibitory HIV jsou vyvíjeny a testovány ve spolupráci s ÚOChB AV ČR (skupina Doc. J. Konvalinky) a Ústavem analytické chemie VŠCHT (skupina Prof. V. Krále). Testy in vitro na ÚOCHB a in vivo ve tkáňových kulturách, prováděné na Universitě v Heidelbergu skupinou Prof. H.-G. Kraeusslicha, prokázaly vysokou účinnost nových látek jako inhibitorů HIV-PR, a to především na mutované a rezistentní kmeny HIV PR, specifickou inhibici HIV-PR a dobrou selektivitu. Práce na zdokonalení struktury inhibitorů pokračují. První řada inhibitorů byla publikována v prestižním časopise1. Výstupem spolupráce jsou také: v roce 2005 udělený CZ patent, patentové přihlášky dalšího CZ patentu a světového patentu.

1. Cígler P., Kožíšek M., Řezáčová P., Brynda J., Otwinowski Z., Pokorná J., Plešek J., Grüner B., Dolečková-Marešová L., Máša M., Sedláček J., Bodem J., Krausslich H. G., Král V., Konvalinka J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102(43), 15394-15399, 2005.

4.5 Nanodispersní oxidy pro destrukci chemických otravných látek
V. Štengl, J. Šubrt, S. Bakardjieva, Ústav anorganické chemie AV ČR, Řež u Prahy F. Opluštil, M. Olšanská, Vojenský technický ústav ochrany, Brno

Ve spolupráci obou pracovišť autoři vyvinuli a odzkoušeli nové práškové materiály na bázi oxidů Ti, Fe, Al a Zn vhodné pro destrukci vojenských otravných látek (yperitu, sarinu, somanu a látky VX). Příprava je založena na metodě homogenní hydrolysy vodných roztoků síranů příslušných kovů močovinou při teplotě 95-100°C: Štengl, V., Šubrt, J., Bezdička, P., Maříková M., Bakardjieva S.: Homogeneous precipitation with urea - An easy process for making spherical hydrous metal oxides. - Solid State Phenomena 90-91: 121-126 (2003). Práškový anatas a ferrihydrit, připravený tímto postupem, vykazuje téměř trojnásobnou rychlost konverze bojových látek ve srovnání s jinými typy oxidů, používaných pro tento účel v současnosti ve světě: Štengl, V., Maříková, M., Bakardjieva, S., Šubrt, J., Opluštil F., Olšanská M.: Reaction of sulfur mustard gas, soman and agent VX with nanosize anatase TiO2 and ferrihydrite, J.Chem.Technol.Biotechnol. 80: 754-8 (2005).
Materiály jsou inertní a netoxické, nepoškozují odmořované předměty a neulpívají na nich a po proběhlé detoxikační proceduře je lze velmi snadno odstranit. Ve spolupráci s podnikem PRECHEZA, Přerov a.s. se autorům podařilo syntetický postup převést do poloprovozního měřítka a s využitím získaných poznatků vyvinuli další perspektivní materiál s vysokou účinností pro destrukci chemických otravných látek, vycházející z meziproduktů, vznikajících při výrobě titanové běloby. Postup má všechny věcné i cenové předpoklady pro zavedení do průmyslové výroby: Štengl, V., Šubrt, J., Hynčica, P., Kokaisl V.: Způsob výroby aktivní formy titanátu sodného, PV 2005-326.

Mikroskopické snímky částic typických aktivních oxidů a průběh časové závislosti rozkladu jednotlivých typů otravných látek na těchto materiálech

4.6 Soubor prací osvětlujících povahu povrchových změn při rozkladu N2O na Fe-zeolitech
Zdeněk Sobalík, Jana Nováková, M. Schwarze

Konečným cílem našich studií je vývoj katalyzátoru pro odstranění N2O, vysoce nebezpečného skleníkového plynu, z průmyslových exhalátů jeho rozkladem na molekulární komponenty, a to za současné přítomnosti NO/NO2 oxidů. Vývoj selektivního a vysoce aktivního katalyzátoru je iniciován očekávanou limitou EU (od r. 2007) pro koncentrace N2O v exhalátech.
Prezentované práce 1,2 navazují na naše výsledky z předchozích dvou let 3,4 a analyzují strukturu a reorganizaci aktivních center při rozkladu N2O na Fe-zeolitech, a objasňují tak mechanismus působení Fe centra v ligandovém poli skeletálních kyslíkových atomů zeolitické matrice. Sledováním isotopického složení molekul kyslíku a dusíku při rozkladu 15N218O v plynné fázi jsme ukázali, že mřížkové kyslíky matrice zeolitu - tvořící ligandové pole Fe centra - se přímo účastní rozkladu N2O v plynné fázi. Tento překvapivý výsledek popřel předpoklad, že molekulární kyslík vzniká prostou rekombinací O atomů vzniklých rozkladem N2O a adsorbovaných na aktivních Fe iontech. V této souvislosti se náš výsledek, že dehydroxylace zeolitu, spojená s tvorbou elektron-akceptorových Al-Lewis center sousedících s redox Fe centry, zvyšuje zásadně rychlost rozkladu N2O, jeví velice významným. Pro praktickou realizaci procesu je důležité, že přídavek stopové koncentrace NO molekul zvyšuje počet kyslíkových atomů zeolitického skeletu podílejících se na tvorbě molekulárního kyslíku a v konečném důsledku podstatně urychluje rozklad N2O. Prokázali jsme tak, že NOx sloučeniny jsou aktivními povrchovými meziprodukty reakce rozkladu N2O.
Naše práce v souhrnu ukázaly na dynamiku a vzájemné propojení reakčních povrchových intermediátů a kyslíkových atomů tvořících hostitelskou mříž "inertní" aluminosilikátové matrice koordinující vlastní aktivní Fe centra. Poznáním strukturní podmíněnosti tvorby kyslíkové molekuly při rozkladu N2O na Fe-zeolitických materiálech jsme položili základ pro průmyslový vývoj katalytického procesu likvidace koncových plynů (N2O, NO, NO2) z výroben kyseliny dusičné.

Publikace
1. Nováková, J., Schwarze, M., Sobalík, Z.: Role of zeolitic oxygens during the decomposition of 15N218O over Fe-ferrierit. - Catal. Lett. 104: 157-162 (2005).
2. Nováková, J., Sobalík, Z.: N2O decomposition and formation of NOx species on Fe-ferrierite. Effect of NO and CO addition on the decomposition and the role of surface species. - Catal. Lett. 105: 169-17 (2005).
3. Nováková, J., Schwarze, M., Tvarůžková, Z. Sobalík, Z.: Decomposition of Nitrous Oxide over Fe-Ferrierites. Effect of high-temperature pretreatment on the formation of deposited oxygen. - Catal. Lett. 98: 123-127 (2004).
4. Nováková, J., Sobalík, Z. : Comparison of 180 isotopic exchange after and during interaction of N2O, NO and NO2 with Fe ions in Ferrierites. - Catal. Lett. 89: 243-247 (2003).

Svatopluk Civiš, Veronika Horká, Jaroslav Cihelka

Cílem naší práce byl vývoj nových rychlých laserových detekčních technik spolu s vývojem nového typu GaSb polovodičového laseru (distributed feedback multiple quantum well - MQW) pracujícím v kontinuálním režimu při pokojové a vyšší teplotě (spolupráce s Fyzikálním ústavem - projekt EU GLADIS). Výhodou těchto laserů je jejich velice dobrá proladitelnost jak pomocí excitačního proudu, tak i změnou teploty (-1oC - 60oC) v rozsahu vlnočtů 4170-4360 cm-1.
Optimalizace jsme dosáhli pomocí absorpčních metod s vysokým rozlišením, ke kterým jsme s vysokou efektivitou využívali nový infračervený interferometr IFS Bruker 120. Společně se studiem vlastností laserů jsme pracovali na vývoji nové detekční techniky využitelné ve spojení s MQW lasery. Odzkoušeli jsme techniku vysoce rozlišené fotoakustické (PA) detekce založené na snímání absorpčního signálu molekul pomocí série citlivých mikrofónů. Tuto metodiku jsme otestovali pomocí absorpčních spekter metanu, oxidu uhelnatého a uhličitého, amoniaku, oxidu dusného, acetylenu, etanu a dalších plynů ve všech námi dostupných spektrálních oblastech (2100, 3100, 4300, 6500 cm-1). Fotoakustickou detekci jsme si otestovali i jako nový nástroj pro monitorování limitních koncentrací atmosférického znečistění. Zaměřili jsme se především na variaci intenzity získaného PA signálu v závislosti na celkovém tlaku. Při optimálním tlaku jsme určili detekční limity jednotlivých plynů ve směsi se vzduchem. Velké citlivosti jsme dosáhli v případě metanu, amoniaku a oxidu dusného. Účinnost vyvinutého systému jsme ověřovali pomocí detekce stopového množství těchto plynů ve výfukových zplodinách při různých teplotách spalovacího motoru automobilu. Nejlepších výsledků jsme dosáhli v případě amoniaku (detekční limit 100 ppbv). Průběžné výsledky našich měření sloužily k technologickým úpravám heterostruktur a vedly k finální optimalizaci všech spektrálních vlastností vyvíjených laserů tak, aby mohly být komerčně vyráběny. Uvažuje se o jejich možné aplikaci pro určování výhřevnosti zemního plynu a to jak v průmyslové sféře, tak i v domácnostech.
Naše studie jsme uskutečnili v rámci projektu s číslem A4040104 Grantové agentury Akademie věd ČR.

Publikace:
1. Civiš S., Horká V., Šimeček T., Hulicius E., Pankrác J., Oswald J., Petříček O., Rouillard Y., Alibert C., Werner R.: Gamb based lasers operating near 2.3 m for high resolution absorption spectroscopy. - Spectrochim. Acta 61 (13-14): 3066-3069 (2005).
2. Civiš S. , Horká V., Cihelka J., Šimeček T., Hulicius E., Oswald J., Pangeách., Vicet A., Rouillard Y., Salhi A., Alibert C., Werner R.., Koeth J.: Room temperature diode laser photoacoustic spectroscopy near 2.3 ?m. - Appl. Phys. B 81: 857-861 (2005).
3. Horká V., Civiš S., Xu L.H., Lees M.: Laser diode photoacoustic detection in the infrared and near infrared spectral ranges. - Analyst 130 (8): 1148-1154 (2005).
4. Cihelka J., Horká V., Civiš S.: Diode Laser Photoacoutic Detection of Automobile Exhaust Emission. - ICTON: 349-353 (2005).
5. Horká V., Cihelka J., Civiš S.: Aplikace diodových laserů pro monitorování životního prostředí. Čs. Čas. fyz., v tisku (2005).
6. Kania, P. , Civiš, S.: First Application of InAsSb/InAsSbP and Lead Chalcogenide Infrared Diode Lasers for Photoacoustic Detection in the 3.2 and 5 ?m Region. - Spectrochim. Acta A 59: 3063-3074 (2003).

Martin Lísal a kol.

Přesná předpověď chemických a fázových rovnováh je nezbytná pro návrh procesů, jakými jsou např. reaktivní destilace. Výpočet chemických a fázových rovnováh směsí se tradičně provádí pomocí empirických či poloempirických modelů, jejichž použití vyžaduje jako vstupní parametry experimentální data čistých látek a obvykle i jisté experimentální údaje binárních směsí. Přesnost těchto metod závisí na rozsahu podmínek, pro který jsou experimentální data dostupná; mimo tento rozsah pak výsledky obvykle nejsou dostatečně přesné. Alternativní přístup, založený na metodách molekulárních simulací, používá jako vstupní informaci model pro interakci mezi molekulami systému. Pokud lze přesně zkonstruovat potenciál mezimolekulárních sil (buď z kvantových výpočtů nebo semiempiricky), je možné fázové a chemické rovnováhy vypočítat bez použití experimentálních dat. První přímou metodu pro simulaci chemických reakcí v jedno- a vícefázových systémech, tzv. metodu Monte Carlo simulace v reakčním souboru navrhli Smith s Třískou. Současní autoři ve spolupráci s prof. W.R. Smithem rozvinuli tuto metodu pro aplikace na různé směsi s chemickými reakcemi v jedné či více fázích. Metoda umožňuje simulovat složení a termodynamické vlastnosti takových systémů za pomoci kombinací speciálních kroků Monte Carlo, které zahrnují změnu identity molekul a jejich případné vkládání do simulačního boxu či vyjímání ze simulačního boxu podle stechiometrie zkoumaných reakcí. Jednoduchost metody dovoluje její snadné použití pro případy zahrnující jakýkoli počet simultánních reakcí probíhajících v dané fázi nebo mezi fázemi. Postupně tak byly studovány současně chemické a fázové rovnováhy v soustavě Br2+Cl2+BrCl a v reakčních směsích syntézy methyl terc-butyl etheru a syntézy amoniaku. Metoda byla dále modifikována a rozšířena pro studium chování tekutin se současně probíhající chemickou reakcí a adsorpcí v nanoporézních materiálech a úspěšně použita pro výpočet reakční rovnováhy dimerizace NO probíhající ve štěrbinových nanopórech uhlíku.

Lísal, M., Bendová, M., Smith, W. R.: Monte Carlo adiabatic simulation of equilibrium reacting systems.The ammonia synthesis reaction. Fluid Phase Equilibria 235: 50-57 (2005).
Lísal, M., Brennan, J. K., Smith, W. R.: Chemical Reaction Equilibrium in Nanoporous Materials: NO Dimerization Reaction in Carbon Slit Nanopores. J. Chem. Phys. Zasláno do tisku (2005).

Autor: Václav Gruber

Při recyklaci použitých televizorů nebo monitorů počítačů tvoří podstatnou složku sklo. Aby se mohlo znovu použít, musí se nejprve z vnitřní strany stínítka obrazovky odstranit vrstva luminoforu, protože jeho přítomnost mění optické vlastnosti skla a snižuje jeho kvalitu. Navíc je tato látka toxická a dosud musí být ukládána jako nebezpečný odpad.
V ÚCHP byl vyvinut způsob, jak z odpadních luminoforů získávat cenné složky, které jsou v nich přítomny. Odpad tohoto typu obsahuje kolem 10 procent yttria a 1-3 % europia, jejichž cena se pohybuje v řádu tisíců Kč/kg v případě yttria a v řádu desetitisíců Kč/kg v případě europia. Regenerace těchto prvků se provádí kapalinovou extrakcí, kdy při vhodné volbě podmínek je možno dosáhnout selektivní separace yttria a europia od všech doprovodných prvků a provést jejich následnou izolaci, např. ve formě oxidů.
Proces byl již poloprovozně otestován v podniku Safina Vestec, a.s., kde se také připravují podklady pro návrh technologického výrobního zařízení. Metoda je chráněna podáním přihlášky vynálezu jak pro ČR, tak pro EU.

Gruber V.: Způsob extrakce iontů europitých a yttritých z koncentrátu luminoforového prachu či kalu. Přihláška vynálezu PV 2004-1156 , podaná 30.11.2004.( Mezinárodní patentová přihláška PCT s prioritou této české PV 2004-1156 byla podána v listopadu 2005).

Daniel Horák a Milan Beneš

Použití magnetických částic v různých oborech přírodních i technických věd v poslední době trvale roste. Pro využití v biochemii, biologii a medicíně jsou podstatné zejména jejich snadná ovladatelnost magnetickým polem, možnost jejich sledování v magnetickém resonančním zobrazení a jejich schopnost nést biologicky aktivní látku, např. léčivo, nukleovou kyselinu, či protilátku.
Spolu s kooperujícími pracovišti jsme novými postupy připravili magnetické oxidy železa (magnetit, maghemit a Co, Cu, Mn ferrity) v širokém rozmezí velikosti částic, počínaje nanočásticemi (miliontiny milimetru) až po mikročástice (tisíciny milimetru). Vyvinuli jsme také techniky, kterými lze povrch částic upravit pro řadu praktických použití. Takové úpravy zvyšují stabilitu koloidních nanočástic a hlavně umožňují zavedení funkčních skupin na jejich povrch. Připravili jsme magnetický polymerní nosič s karboxylovými skupinami, který byl využit pro izolaci nukleových kyselin v molekulární diagnostice mikroorganizmů, pro imobilizaci enzymů v enzymových reaktorech a mikročipech používaných v diagnostice a při stanovení struktury bílkovin z velmi malých vzorků. Magnetické polymerní mikročástice s navázanou protilátkou se ukázaly být výhodným nosičem pro stanovení některých patogenních bakterií (např. Campylobacter jejuni) v potravinách. Ferritové částice jsou také účinnými katalyzátory odbourávání těžko odstranitelných barviv a polyaromatických uhlovodíků peroxidem vodíku, čehož lze využít při ochraně životního prostředí. Magnetické nanočástice oxidů železa modifikované cukry nebo peptidy jsou schopny pronikat do kmenových buněk (např. do stromálních buněk kostní dřeně) lépe než dosud používaná komerční činidla. Identifikace buněk označených magnetickou resonancí je tak možná po aplikaci malého množství magnetických nanočástic, což je výhodné při aplikacích in vivo jako je sledování buněk při transplantaci do organizmu a jejich dlouhodobého chování po transplantaci a pro určení patologických změn spojených s buněčnou dysfunkcí.

Publikace:
1. Horák D., Rittich B., Španová A., Beneš M.J.: Magnetic microparticulate carriers with immobilized selective ligands in DNA diagnostics. - Polymer 46: 1245-1255 (2005).
2. Křížová J., Španová A., Rittich B., Horák D.: Magnetic hydrophilic methacrylate-based polymer microspheres for genomic DNA isolation. - J. Chromatogr. A 1064: 247-253 (2005).
3. Španová A., Rittich B., Beneš M.J., Horák D.: Ferrite supports for isolation of DNA from complex samples and polymerase chain reaction amplification. - J. Chromatogr. A 1080: 93-98 (2005).
4. Korecká L., Ježová J., Bílková Z., Beneš M., Horák D., Hradcová O., Slováková M., Viovy J.L.: Magnetic enzyme reactors for isolation and study of heterogeneous glycoproteins. - J. Magn. Magn. Mater. 293: 349-357 (2005).
5. Bílková Z., Slováková M., Minc N., Fütterer C., Cecal R., Horák D., Beneš M.J., le Potier I., Křenková J., Przybylski M., Viovy J.L.: Functionalized magnetic micro and nanoparticles: optimization and application to µ-chip tryptic digestion. - Electrophoresis, v tisku.
6. Horák D., Hochel I.: Magnetic poly(glycidyl methacrylate) microspheres for ELISA Campylobacter jejuni detection in food. - e-Polymers, http:/www.e-polymers.org/061 (2005).

Milena Špírková, Jiří Brus a Adam Strachota.

Hybridní organicko-anorganické (O-A) nanokompozity patří v současnosti k nejintenzivněji studovaným polymerním materiálům. Výběrem komponent nanokompozitů a způsobu jejich přípravy lze cíleně ovlivňovat výsledné struktury a tím i jejich užitné vlastností, což je předmětem jak základního tak aplikovaného výzkumu zejména v oblastech optických a elektronických senzorů, membrán a ochranných povlaků.
Připravili a charakterizovali jsme O-A nanokompozitní nátěry a volné nátěrové filmy, které jsme testovali s ohledem na možnost jejich využití jako ochranných povlaků pro materiály různé povahy (polymery, kovy, sklo). V prvém stupni jsme připravili anorganické siloxanové struktury, které byly následně zabudovány do organické polymerní matrice. Proces přípravy nátěrů lze řídit a optimalizací reakčních podmínek spolu s výběrem komponent je možné cíleně připravovat produkty s požadovanými vlastnostmi. Způsobem přípravy lze ovlivňovat např. jejich mechanické vlastnosti, stupeň upořádání, velikosti nanoheterogenit, apod. Výsledkem jsou bezbarvé transparentní nátěry existující při laboratorní teplotě (23 °C) ve skelném nebo kaučukovitém stavu (lze připravit materiály s teplotou skelného přechodu Tg mezi -17 a 57 °C). Stav, ve kterém se nanokompozit za dané teploty nachází, výrazně ovlivňuje jeho užitné vlastnosti. Nejlepší mechanické a povrchové vlastnosti pro praktické aplikace vykazuje poměrně úzký okruh nátěrových filmů s teplotou skelného přechodu Tg = 20±5 °C. V této oblasti lze připravit materiály, které se navzájem výrazně liší stupněm autoorganizace, velikostí heterogenit v nanometrovém měřítku, kompaktností anorganických stavebních bloků a strukturou organické polymerní matrice. Přídavkem nanoplniv (koloidního oxidu křemičitého nebo montmorillonitu) lze zlepšit některé povrchové vlastnosti nátěrů, např. zvýšit jejich odolnost proti poškrábání a otěruvzdornost.

AFM zobrazení povrchu nátěru obsahujícího koloidní oxid křemičitý.

Publikace:
1. Špírková M., Brus J., Baldrian J., Šlouf M., Kotek J.: Preparation and surface characterisation of novel epoxy-based organic-inorganic nanocomposite coatings. - Surf. Coat. Int. Part B, Coat. Trans. 88: 237-242 (2005).
2. Brus J., Špírková M.: NMR spectroscopy and atomic force microscopy characterization of hybrid organic - inorganic coatings - Macromol. Symp.: 220, 155-164 (2005).
3. Špírková M., Šlouf M., Bláhová O., Farkačová T., Benešová J.: Sub-micrometre characterization of surfaces of nanocomposite coatings. A comparison of AFM study with currently used testing techniques. - J. Appl. Polym. Sci., submitted

(Ústav organické chemie a biochemie AV ČR)

Ve spolupráci s Ústavem anorganické chemie AV ČR, Ústavem molekulární genetiky AV ČR, VŠCHT a oddělením virologie University v Heidelbergu byl objeven, připraven a otestován nový typ inhibitorů proteasy z viru HIV založených na karboranovém skeletu. Karborany jsou polyhedrální sloučeniny boru, objevené v 60. letech a pro své unikátní vlastnosti studované po mnoho let chemiky i fyziky. Jako první jsme ukázali, že některé karborany mohou být velmi specifickými inhibitory enzymů. Bylo připraveno více než sto modifikovaných karboranů, z nichž nejúčinnější (metallakarborany) jsou velmi potentními inhibitory proteasy z viru HIV, zabraňují replikaci viru ve tkáňových kulturách, nejsou toxické pro buňku a blokují i aktivitu resistentních forem enzymu. Pomocí rentgenové krystalografie se podařilo získat strukturu těchto nových inhibitorů v komplexu s virovou proteasou. Tyto inhibitory se váží do aktivního místa enzymu novým, dosud nepopsaným způsobem, což vysvětluje i skutečnost, že se jejich aktivita nemění ani i u proteas z mutantních resistentních kmenů.
Tato práce byla publikována v Proceedings of National Academy of Sciences USA a výsledky v ní obsažené jsou kryty národními i mezinárodními patenty.

Cígler, P., Kožíšek, M., Řezáčová, P., Brynda, J., Otwinowski, Z., Pokorná, J., Plešek, J., Grüner, B., Dolečková-Marešová, L., Máša, M., Sedláček, J., Bodem, J., Kraeusslich, H.-G., Král, V. and Konvalinka, J. From non-peptide towards non-carbon protease inhibitors: metallacarboranes as specific and potent inhibitors of HIV protease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 15394-15399 (2005).
Novel HIV Protease Inhibitors,Patent number:WO2005073240, Publication date:2005-08-11

(Ústav organické chemie a biochemie AV ČR)

První nízkomolekulární inhibitory -amylas vyvinuté de novo byly připraveny peptidovou kombinatorní chemií. Inhibiční motiv označený PAMI (Peptidový AMylasový Inhibitor) byl určen pomocí kombinatorních knihoven L-peptidů a modifikován nepřirozenými aminokyselinami. PAMI je specifický inhibitor glykosid hydrolas rodiny 13. Interakce s -amylasami byla charakterizována kinetikou inhibice, fluorescenčním měřením kompetice s přirozenými -amylasovými inhibitory a isotermální titrační kalorimetrií. Tento malý vazebný motiv s lineární strukturou představuje jednoduché mimetikum makromolekulárních -amylasových inhibitorů proteinového charakteru. Připravené syntetické deriváty PAMI jsou účinné inhibitory pankreatické -amylasy použitelné jako startovní molekuly pro vývoj nových antidiabetik.

Fig. (A) Struktura PAMI motivu a jeho tosylového derivátu (B) První krok v iterativní proceduře: 400 kombinatorních peptidových knihoven bylo testováno na inhibici ?-amylasy.

Dolečková-Marešová L., Pavlík M., Horn M., Mareš M.: De novo design of -amylase inhibitor: A small linear mimetic of macromolecular proteinaceous ligands. - Chemistry & Biology 12: 1349-1357 (2005).

Dana Hocková, Antonín Holý, Marcela Krečmerová

V souvislosti s naším pokračujícím zájmem o hledání nových biologicky aktivních sloučenin založených na acyklických fosfonátech nukleotidů jsme objevili skupinu velmi účinných antivirotik odvozených od struktury 2-amino-4-hydroxy(4-amino)pyrimidinu substituovaného v poloze 6 skupinou 2-fosfonoalkoxylovou. Aktivita je směrována proti retrovirům a DNA virům. Podle našich nedávných poznatků je tato aktivita dále podstatně zvýšena substitucí methylovou skupinou nebo halogenem (Cl, Br) v poloze 5.
Strukturně podobný je (R)- enantiomer 2,4-diamino-6-[3-hydroxy-2-(phosphonomethoxy)propyloxy]pyrimidinu, který kromě výše uvedené activity silně interferuje s životním cyklem viru hepatitidy B.
Náš třetí objev se týká sym-triazinového analogu známého antivirotika cidofoviru, ve kterém 5-azacytosin nahrazuje cytosin. Jedná se o velmi významného kandidáta na nové léčivo, neboť jeho aktivita je nejméně srovnatelná s cidofovirem, avšak s výrazně nižší in vitro toxicitou. V současné době se ověřuje, zda tato molekula, podobně jako předchozí dva typy, překoná bariéru přísných požadavků preklinické fáze vývoje nových léčiv.

De Clercq, E., Holý A.: Acyclic nucleoside phosphonates: a key class of antiviral drugs. Nat. Rev. Drug Discovery 4, 928-940 (2005).
Ying C., Holý A., Hocková D., Havlas Z., De Clercq E., Neyts J.:Novel acyclic nucleoside phosphonate analogues with potent anti-hepatitis B virus activities. Antimicrob. Agents Chemother. 49, 1177-1180 (2005).