Design and synthesis of surface architectures on fluorescent nanodiamonds

Abstract

Díky svým unikátním vlastnostem a vysoké biokompatibilitě patří fluorescenční nanodiamanty mezi slibné zástupce uhlíkatých nanomateriálů s potenciálně širokým spektrem uplatnění v mnoha odvětvích. Jejich nízká intenzita fluorescence a koloidní nestálost v biologickém prostředí však doposud brání jejich širšímu využití. Optimalizace jejich přípravy spolu s vývojem nových vhodných povrchových architektur tak představuje významnou výzkumnou výzvu. V rámci této práce byly navrženy a optimalizovány jednotlivé kroky přípravy fluorescenčních nanodiamantů, díky čemuž bylo dosaženo řádového zvýšení intenzity jejich fluorescence spolu s omezením poškození jejich povrchu grafitizací. Dále byla vyvinuta metoda ozařování nanodiamantů umožňující dramatické navýšení jejich produkce. S využitím částečné fluorace funkčních skupin na povrchu nanodiamantů byla demonstrována možnost ovlivnění parametrů jejich fluorescence. Byla také vyvinuta metoda zvyšující homogenitu a cirkularitu nanodiamantů, což významně ovlivnilo jejich interakci s biologickými strukturami. Možná uplatnění tohoto materiálu v medicíně a biologickém výzkumu byla demonstrována na přípravě částic s komplexní povrchovou architekturou umožňujících cílení a terapii nádorových buněk. Bylo také objevena a na in vitro a ex vivo modelech demonstrována vysoká a...

anks to their unique properties and high biocompatibilities, fluorescent nanodiamonds are promising representatives of modern carbon nanomaterials with a broad range of applications. Nevertheless, their wider use is limited because of weak fluorescence intensity and low colloidal stability in the biological environment. e optimization of treatment procedures and development of new suitable surface designs is therefore critically needed. In this study, several key steps for fluorescent nanodiamond treatment have been optimized, leading to both a substantial increase in fluorescence intensity and to significantly lower surface damage caused by graphitization. Further, a new high-throughput irradiation technique was developed. e influence of surface chemistry on the fluorescence parameters was studied using partial fluorination of the functional groups on the nanodiamond surface. A novel method which significantly affects the interaction of nanodiamonds with biological systems by increasing of the homogeneity and circularity was developed. e potential of nanodiamonds for future medical and biological research was demonstrated on particles with complex surface architectures that enabled targeting and therapy of tumor cells. Moreover, a strong and highly selective affinity of fibroblast growth factors to diamond...