Utilization of the chip microcalorimeter for study of chemical reactions

Abstract

Práce se zabývá testováním vsádkového typu čipového mikrokalorimetru nazývaného také IC-kalorimetr. Přístroj byl vyvinut na Technické Univerzitě ve Freibergu Dr. Lerchnerem. Jedná se o typ kalorimetru, který není komerčně dostupný, a proto bylo nutné provést řadu experimentů, které přispějí k detailnějšímu popisu a k dokonalejší znalosti zařízení, ke spolehlivému měření a vyhodnocování výsledků a nahradí tak absenci dostupné literatury. Hlavní měřící jednotkou kalorimetru je komerčně dostupný čip NCM-9924 dodávaný firmou Xensor Integration. Charakteristickou veličinou popisující každý čip je citlivost, kterou lze považovat za kalibrační konstantu. Studovanými parametry ovlivňujícími citlivost čipu, přesnost a správnost měření byly teplota, objem reakční směsi, intenzita vlhčení kroužku, individuálnost čipu, temperační doba a tloušťka membrány. Bylo zjištěno, že na stabilitu výstupního signálu mají největší vliv charakter látky na čipu a teplota. Získané poznatky byly využity ke studiu tří enzymatických reakcí: ureázy s močovinou, invertázy se sacharózou a trypsinu s a N?-benzoyl-L-arginin-p-nitroanilid hydrochloridem. U těchto reakcí byly stanoveny reakční entalpie za různých podmínek a studovány vlivy koncentrací enzymu a substrátu, pH, složení pufrů a teploty na rychlost reakcí. Všechny uvedené faktory významně ovlivňují rychlost enzymatických reakcí.The work deals with testing of the batch type chip microcalorimeter otherwise known as IC-calorimeter. Calorimeter was developed at the Technical University of Freiberg by Dr. Lerchner. This type of calorimeter is not commercially available and it was necessary to make a lot of experiments that would contribute to more detailed description and complete knowledge of the equipment, to reliable measurement and evaluation of results and replace the lack of available literature. The main measuring segment of the calorimeter is a commercially available chip NCM-9924 supplied by Xensor Integration. The characteristic quantity describing of each chip is the sensitivity, which can be regarded as a calibration constant. Temperature, reaction mixture volume, intensity of wetting of the ring, the individuality of the chip, tempering time and thickness of the membrane were the studied parameters affecting sensitivity of the chip and accuracy of measurements. It was found that the character of the substance and the temperature have the greatest influence on the output signal stability.The gained findings were utilized to studying of three enzymatic reactions: the reaction of urease with urea, sucrose with invertase and trypsin with the N?-benzoyl-L-arginine-p-nitroanilide hydrochloride. Enthalpy of these reactions under different conditions was determined and effects of enzyme and substrate concentrations, pH, buffer composition and temperature on reaction rate were studied. All these factors significantly influence the rate of enzymatic reactions.Katedra anorganické technologiePředseda komise prof. Trojan přivítal všechny přítomné a stručně představil Ing. Podzemnou. Prof. Trojan dále konstatoval, že je přítomno 8 z 12 navržených členů komise a komise je tedy usnášeníschopná. Členové komise vyjádřili souhlas s pokračování obhajoby v nepřítomnosti jedné z oponentů, doc. Černoškové. Následně požádal školitele doc. Svobodu aby přednesl svoje hodnocení studentky. Školitel doporučil práci Ing. Podzemné k obhajobě. Po té přečetl předseda komise prof. Trojan stanovisko školícího pracoviště. Konstatoval, že studentka splnila všechny povinnosti dané studijním řádem a doporučil práci k obhajobě. Prof. Trojan dále detailně shrnul publikační činnost doktorandky. Následně bylo slovo předáno Ing. Podzemné aby přednesla přednášku k obhajobě svojí disertační práce. V ní doktorandka představila experimentální zařízení a shrnula teoretické i experimentální výsledky dosažené v rámci svého studia. Po přednesení přednášky byli vyzváni přítomní oponenti k přednesení svých posudků. Jako první přednesl svůj posudek prof. Taraba, který zdůraznil především tři konkrétní dotazy a požádal doktorandku o jejich vysvětlení. Na závěr shrnul práci jako aktuální a doporučil práci k obhajobě. Následně přednesl svůj posudek prof. Leitner a zdůraznil také především tři dotazy a požádal o vysvětlení. Práci na závěr doporučil k obhajobě. Po té byl v plném znění předčten posudek nepřítomné doc. Černoškové, která také doporučila práci k obhajobě. Předseda komise konstatoval, že Ing. Podzemná zaslala odpovědi na konkrétní dotazy nepřítomné doc. Černoškové. Doc. Černošková dle vyjádření předsedy uznala všechny odpovědi doktorandky jako uspokojivé. Následně byla studentka vyzvána k vysvětlení dotazů obou přítomných oponentů prof. Taraby a prof. Leitnera. Oba oponenti a všichni členové komise vyjádřili s odpověďmi Ing. Podzemné na všechny dotazy uspokojení. Předseda komise prof. Trojan nakonec přednesl i několik dotazů z oponentského posudku nepřítomné doc. Černoškové, na které doktorandka také odpověděla a její odpovědi byly uznány jako uspokojivé. Předseda následně konstatoval, že žádné další připomínky nebyly k práci doručeny a vyzval přítomné k další diskuzi týkající se práce. Během této diskuze do které se zapojilo několik přítomných osob odpovídala Ing. Podzemná na dotazy jistě a s dostatečnou odborností. Předseda komise následně vyznal všechny osoby, které nejsou členy komise k opuštění místnosti. Po návratu vyhlásil, že v tajném hlasování bylo odevzdáno 8 hlasovacích lístků, všechny byly platné. Všichni členové komise se vyjádřili pro obhájení práce. Předseda komise tedy prohlásil obhajobu Ing. Podzemná jako úspěšnou. Souvislost mezi výsledky uvedenými v disertační práci a předkládanými publikacemi: Komise konstatovala, že výsledky uvedené v práci úzce souvisí s předloženými publikacemi. Publikace jsou shrnutím hlavním výsledků dosažených v rámci disertace. Vyjádření komise k podílu studentky na předkládaných publikacích: Komise konstatovala, že podíl doktorandky na publikovaných pracích je zcela zásadní. Ing. Podzemná je první autorkou souvisejících prací