Istovremeno senziranje pH vrijednosti i otopljenog kisika korištenjem optičkih sondi : diplomski rad - Josipović, Lana (L. Josipović, 2015)
Sažetak na hrvatskom: Odredivanje pH vrijednosti i razine kisika sastavni je dio znanosti i industrije. Medu ostalim primjenama u razlicitim podrucjima, ovi su parametri od iznimne važnosti za proucavanje živih stanica zbog velikog utjecaja na njihov rast i metabolizam. Posljednjih se godina razvija opticko dualno senziranje, korištenjem senzorskih membrana koje omogucuju istovremeno pracenje dva parametra. To se ostvaruje korištenjem zasebnih sondi za svaki od analitickih parametara, kombinirajuci ih u odgovarajuce polimerske matrice na nacin da ne utjecu jedna na drugu. Takvi senzori nude brojne prednosti pred pojedinacnim senzorima. Zbog toga je razvijanje dualnih senzora za mjerenje pH vrijednosti i kisika vrlo znacajno za razumijevanje ponašanja stanica te razvijanja platformi za njihovo proucavanje. Cilj ovoga rada bio je dizajnirati sustav za istovremeno mjerenje pH vrijednosti i otopljenog kisika pomocu fluorescentnih optickih sondi. Pojam fluorescencija odnosi se na emisiju svjetlosti iz tvari induciranu apsorpcijom svjetla. Fluorescentni senzori temeljeni su na cinjenici da efekt gašenja utjece na intenzitet i vremensku konstantu fluorescencije. Do gašenja fluorescencije dolazi kada fluorofor u pobudenom stanju dode u kontakt sa tvari koja uzrokuje njegov povratak u osnovno stanje bez da pritom emitira fotone. Tehnike za proucavanje fluorescentnih senzorskih materijala odnose se na pracenje promjena intenziteta te vremena fluorescencije. U slucaju tehnike dualnog referenciranja vremena fluorescencije, sonda kratkog vremena fluorescencije referencira se u odnosu na materijal dugog vremena fluorescencije, neovisan o promatranom parametru. Ova se metoda može koristiti za dizajniranje dualnih senzora za pH i kisik. Tada indikator dugog vremena fluorescencije (indikator za kisik) služi kao referenca za indikator kratkog vremena fluorescencije (pH indikator), rezultirajuci izlaznim signalom s faznim pomakom ovisnim o vrijednostima oba parametra. Ova se metoda naziva modificirano dualno referenciranje vremena fluorescencije. U ovom je radu modificirano dualno referenciranje vremena fluorescencije korišteno za mjerenje kisika i pH vrijednosti. Odziv dualnih senzora je ocitavan uredajem SensorDish Reader (SDR), komercijalnim 24-kanalnim citacem za neinvazivnu detekciju kisika i pH u mikrotitracijiskim posudama. Unutar posude nalaze se fluorescentni senzori. Pobuduje ih SDR koji se nalazi ispod posude te neinvazivnim putem detektira vrijeme fluorescencije kroz transparentno dno posude. Programska potpora za upravljanje SDR-om razvijena je korištenjem programskog paketa Visual Studio. Korištenjem RS-232 komunikacije, omoguceno je slanje naredbi uredaju te primanje podataka koji opisuju odziv senzora. Odziv dualnih optickih senzora prikupljen je za razlicite kombinacije pH vrijednosti i kisika. Nakon podešavanja pH i kisika, izvodi se serija ocitavanja uz mijenjanje modulacijske frekvencije citaca. Odzivi senzora se šalju na racunalo te se koriste za dobivanje informacije o razini pH i kisika. To je omoguceno promatranjem modela sustava u obliku nadomjesne sheme elektricnog kruga. Randlesov model elektricnog kruga sadrži otpornik koji opisuje pH vrijednost te paralelni spoj otpornika i kapaciteta za modeliranje fluorescencije sonde za kisik. Ovaj model, zajedno sa Stern-Volmer jednadžbama koje opisuju gašenje fluorescencije, omogucava odredivanje pH vrijednosti i kisika iz odziva dualnih senzora. Razliciti senzorski materijali su testirani za dualno mjerenje kisika i pH vrijednosti. Ru(dpp) je korišten kao indikator za kisik dugog vremena fluorescencije, a HPTS je upotrijebljen kao pH sonda. Funkcije koje opisuju odziv senzora u ovisnosti o pH i kisiku su evaluirane i uspored¯ene za razlicite materijale. Pokazano je da Ru(dpp) služi kao pouzdana sonda za mjerenje kisika, no HPTS pokazuje odred¯ene nedostatke pri odredivanju pH vrijednosti. Istraživanje alternativnih sondi za pH, sa drugacijim kemijskim svojstvima, nužno je za unaprjedivanje dualnih senzora i ostvarivanje potpuno neovisnog mjerenja kisika i pH vrijednosti. Sustav za dualno opticko mjerenje kisika i pH je ostvaren u sklopu ovoga rada, pokazujuci kako se modificirano dualno referenciranje vremena fluorescencije može koristiti za istovremeno ocitavanje odziva fluorescentnih dualnih senzora. Razvoj dualnih senzorskih materijala za mjerenje kisika i pH vrijednosti je od velike važnosti za analizu aktivnosti stanica te može služiti kao znacajni alat u razlicitim podrucjima znanosti i biotehnologije.