Doktoraty (WF)

Permanent URI for this collectionhttps://repozytorium.amu.edu.pl/handle/10593/768

Browse

Now showing 1 - 20 of 118

Ultrasound Study of Magnetig Pickering Emulsions
(2025) Jameel, Bassam; Józefczak, Arkadiusz. Promotor
Emulsje stanowią niestabilny z natury typ układów koloidalnych. Aby zapewnić im długotrwałą stabilność, konieczne jest zastosowanie dodatkowych materiałów zwanych emulgatorami. Do stabilizowania emulsji można wykorzystać zarówno substancje powierzchniowo-czynne (surfaktanty), jak i cząstki stałe. Emulsje stabilizowane przez cząstki stałe obecne na powierzchni kropel fazy rozproszonej nazywane są emulsjami Pickeringa. Jeśli cząstki stabilizujące taką emulsję posiadają własności magnetyczne, wówczas krople Pickeringa także uzyskują te własności, a cały układ staje się podatny na działanie zewnętrznych czynników, takich jak stałe pole magnetyczne. Stopień stabilizacji takich emulsji zależy od wielu parametrów, w tym rozmiaru, kształtu i zwilżalności cząstek, a także ich stężenia w układzie. Aby zapewnić stabilność emulsji Pickeringa konieczna jest zatem ścisła kontrola procesu jej otrzymywania. W ostatnich dekadach podejmowano liczne próby udoskonalenia procedury tworzenia emulsji w taki sposób, aby ograniczyć możliwość agregacji kropel, a także procesów sedymentacji i śmietankowania. Do tego celu wykorzystywano różne metody charakteryzowania emulsji Pickeringa, spośród których spektroskopia ultradźwiękowa pozwala na skuteczną analizę wewnętrznej struktury emulsji oraz zawiesin cząstek. Prace naukowe wchodzące w skład niniejszej rozprawy doktorskiej dotyczą dwóch głównych aspektów badań magnetycznych emulsji Pickeringa: opisu ich własności oraz możliwych zastosowań. Fale ultradźwiękowe zostały wykorzystane do zbadania zawiesin cząstek oraz emulsji Pickeringa, co pozwoliło na uzyskanie informacji na temat wielkości cząstek i kropel, a także stopnia ich agregacji w ośrodkach o wysokiej lepkości. Jest to istotne ze względu na nieliczne badania w takich ośrodkach. Do analizy danych, pochodzących ze spektroskopii ultradźwiękowej, wykorzystano teorię opisującą rozpraszanie fal ultradźwiękowych, opartą o tak zwany core-shell model. Uzyskano dzięki niej informacje na temat grubości powłoki wokół kropel Pickeringa, co jest trudne do osiągnięcia przy pomocy innych nieniszczących metod pomiarowych. Dodatkowo, do dalszego opisu własności cieczy magnetycznych oraz magnetycznych emulsji Pickeringa wykorzystano badania magnetoreologiczne. Wykazały one różnice we własnościach lepkosprężystych badanych emulsji, w zależności od sposobu ich wytworzenia. Wyniki pokryły się z rezultatami badań ultradźwiękowych. Kontrola parametrów emulsji Pickeringa, w szczególności wielkości kropel i grubości powłoki wokół nich, ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach przemysłowych i medycznych. Obliczenia numeryczne w połączeniu z symulacjami komputerowymi pozwoliły na kontrolę i optymalizację efektywności nagrzewania ultradźwiękowego w fantomach z emulsjami, ze względu na wielkość kropel oraz grubość powłoki wokół nich. Pokazano, że parametry te wpływają na tłumienie fal ultradźwiękowych, co skutkuje rożnym wzrostem temperatury i głębokością wnikania fal ultradźwiękowych. Za pomocą metody ultradźwiękowej zbadano także separację magnetyczną. Przy użyciu rotującego pola magnetycznego zaś scharakteryzowano efektywność nagrzewania magnetycznego w emulsjach Pickeringa. Niniejsza rozprawa doktorska składa się z sześciu rozdziałów. W rozdziale 1 zaprezentowano podstawowe informacje dotyczące wytwarzania i stabilności emulsji Pickeringa, a także metody opisu ich własności. Przybliżono także wykorzystaną w przedstawianych pracach naukowych teorię rozpraszania fal ultradźwiękowych w ośrodkach dwu- i trójfazowych. Rozdział 2 zawiera opis metod eksperymentalnych wykorzystanych w pracy badawczej, związanych z wytwarzaniem emulsji Pickeringa, pomiarami spektroskopii ultradźwiękowej, pomiarami magnetoreologicznymi oraz zastosowaniem rotującego pola magnetycznego do uzyskania efektu termicznego. Rozdział 3 zawiera zwięzłe podsumowanie prac naukowych wchodzących w skład rozprawy, w tym opis uzyskanych wyników oraz ich wzajemne powiązanie. W rozdziale 4 przedstawiono końcowe wnioski rozprawy doktorskiej, natomiast w rozdziale 5 zestawiono wykorzystaną literaturę. Najważniejszą częścią całej pracy jest rozdział 6, który zawiera zbiór powiązanych tematycznie prac naukowych. W rozdziale 7 przedstawiono oświadczenia współautorów dotyczące wkładu w proces przygotowania i publikacji tychże prac. Emulsions are inherently unstable systems that require emulsifiers to ensure their stability over time, and there are different types of emulsifiers, including surfactants and solid particles. Pickering emulsions refer to emulsion droplets stabilized by solid particles that gather at the interface between the droplets. Stabilization of emulsions with particles possessing magnetic properties leads to transfer of these properties to the Pickering droplets, making them sensitive to external factors. However, the stability of Pickering emulsions depends on several factors, including particle capacity, concentration, size, and shape. Therefore, controlling the formation process is necessary to ensure droplet stability. In recent decades, efforts have been made to improve the formation process to achieve better stability, with reduced possibilities of aggregation, creaming, or sedimentation. Several methods for monitoring and controlling the Pickering droplet formation process include microscopic imaging and analytical techniques, with ultrasonic spectroscopy emerging as a promising tool for investigating the internal structures of suspensions and emulsions. The publications that are part of this doctoral dissertation address two main aspects of research on magnetic Pickering emulsions: their characterization and possible applications. Ultrasonic waves are used to characterize oil-based suspensions and Pickering emulsions to provide valuable information on the internal structures, such as particle size and aggregation rate, especially in highly viscous media. The ultrasonic demister theory, based on the core–shell model, is used to analyze the measurement data from ultrasonic spectroscopy, and the results demonstrate the ability of ultrasonic waves to detect the particle sizes of shells around Pickering droplets, which is difficult to control using other non-destructive methods. Magnetorheological measurements are also used to characterize oil-based magnetic fluids and Pickering emulsions, revealing changes in the viscoelastic response of Pickering emulsions prepared by different methods. Moreover, the rheological results show good agreement with ultrasonic predictions. Control of the parameters of the prepared Pickering emulsions, especially the shell thickness and core radius, is of great importance in many industrial and medical applications. Computational approaches combined with numerical simulations thus provide the possibility to optimize ultrasonic heating using particle-coated droplets with different shell thicknesses and core radii and to control their ultrasonic heating. The results of computer simulations directly illustrate the changes in the temperature height and penetration depth inside agar phantoms doped with Pickering emulsions. Another potential application of the tested systems may be magnetic separation, successfully investigated using the ultrasonic method in different magnetic field gradients. When magnetic fields change over time, magnetic heating occurs, as shown in numerous reports on magnetic suspensions and Pickering magnetic emulsions. This doctoral dissertation consists of six chapters. Chapter 1 presents the basic concepts of Pickering emulsion formation and stability, together with aspects of ultrasonic demisting characterization and theory for two- and three-phase systems. Chapter 2 covers the experimental techniques used in my research related to Pickering emulsion formation methods, ultrasonic spectroscopy measurements, magnetorheological measurements, and magnetic field applications. Chapter 3 provides a concise summary of the papers that make up the dissertation, describing the final results achieved and their interrelationships. Chapter 4 presents the conclusion of the dissertation, while Chapter 5 contains references to the literature and Chapter 6 the papers that form the core of the dissertation. Contributions of co-authors are stated in Chapter 7.
Badanie i analiza wybranych aspektów sensoryczno-motorycznych u osób z dysleksją rozwojową
(2023) Brenk-Krakowska, Alicja; Naskręcki, Ryszard. Promotor; Jaśkowski, Piotr. Promotor; Rusiak, Patrycja. Promotor pomocniczy
Celem niniejszej pracy doktorskiej było zbadanie oraz analiza funkcji wzrokowych, w tym niestabilności obuocznej, u dorosłych z dysleksją rozwojową (DD), ponieważ wcześniejsze badania dotyczą głównie dzieci. Poza problemami z czytaniem i pisaniem, DD często towarzyszą zaburzenia motoryczne oraz deficyty wzrokowe, które mogą świadczyć o multimodalnej naturze tego zaburzenia. W badaniach niestabilność dysparacji fiksacji (FD) oceniano za pomocą testów z silnym oraz słabym centralnym bodźcem do fuzji. U osób z DD wykazano występowanie niestabilności obuocznej (od 40% do 45% częściej u osób z DD przy silnym bodźcu do fuzji), która charakteryzowała się niestabilnością FD oraz ograniczonymi rezerwami wergencji fuzyjnej. Niestabilność motoryczna występowała w trakcie testów ze słabym bodźcem do fuzji, a sensoryczna przy silnym. Wielkość pozostałych parametrów wzrokowych u osób z DD była podobna do tych osiąganych przez rówieśników bez trudności w czytaniu. Ponadto osoby z DD wykazywały osłabione zdolności motorycznego sekwencyjnego uczenia się niejawnego, bez względu na warunki obserwacji. Niestabilność obuoczna znacząco wpływała na czasy reakcji, powodując, że osoby z DD wolniej reagowały motorycznie w warunkach obuocznych aniżeli jednoocznych. Wyniki zawarte w tej pracy mogą mieć znaczenie zarówno dla osób zajmujących się DD od strony diagnostycznej oraz terapeutycznej. The purpose of this PhD dissertation was to assess and analyze the visual functions, including binocular instability, in adults with developmental dyslexia (DD) as almost all the previous studies were conducted on children. Apart from reading and writing problems, dyslexic are often affected by motor and visual deficits which may indicate the multimodal character of DD. Instability of fixation disparity (FD) has been evaluated using tests with both strong and weak central fusion lock. Subjects with DD showed binocular instability (40-45% more often, measured with strong fusion lock) characterized by unstable FD and limited fusional vergence reserves. Motor instability was observed during tests with a weak fusion lock and sensory instability with a strong fusion lock. The remaining visual parameters showed similar levels to those achieved by subjects without reading problems. Moreover, this research has shown that subjects with DD had poorer sequential implicit motor learning skills regardless of the testing conditions. Binocular instability significantly affected reaction times and therefore motor reactions of subjects with DD were significantly slower under binocular compare to monocular testing conditions . The results described in this work may be of significance both for practitioners involved in DD diagnostics and for therapy specialists.
Fotoluminescencyjne i elektrochemiczne (bio)czujniki na bazie porowatego krzemu i tlenku cynku do ciągłego wykrywania mykotoksyn i glukozy
(2023) Myndrul, Valerii; Iatsunskyi, Igor. Promotor; Bechelany, Mikhael. Promotor pomocniczy
W obliczu trwającego globalnego kryzysu zdrowotnego, który wymaga szybkiego i precyzyjnego wykrywania niebezpiecznych mikroorganizmów (bio)czujniki stały się niezastąpionymi narzędziami, które umożliwiają testy na dużą skalę poza laboratorium. Są one stosowane w wielu obszarach, takich jak sektor morski, rolnictwo, itp. W sektorze spożywczym (bio)czujniki wykorzystywane są do wykrywania patogenów żywności, tj. grzybów i ich toksycznych metabolitów (mikotoksyn), w celu wyeliminowania ich negatywnego wpływu na ludzi i zwierzęta. Cykl publikacji [Publikacje I-III] reprezentujący merytoryczne rozdziały niniejszej rozprawy doktorskiej poświęcony jest szybkiemu, bezznacznikowemu wykrywaniu mikotoksyn w czasie rzeczywistym za pomocą optycznych bioczujników. Warto również podkreślić ważną rolę, jaką (bio)czujniki odgrywają w medycynie, gdzie wykorzystywane są do monitorowania metabolizmu, profilu hormonalnego, itp. Obecnie podejmowane są wysiłki, aby bezpiecznie i w sposób ciągły wykrywać anality zawarte w nieinwazyjnych płynach ustrojowych, takich jak łzy lub pot. Wysiłki te wynikają z chęci ograniczenia potrzeby pobierania próbek w sposób inwazyjny (nakłuwanie opuszków palców w celu pomiaru poziomu cukru). W niniejszej rozprawie podjęto udaną próbę przetestowania rozciągliwego, mocowanego do skóry (bio)czujnika do monitorowania stężenia glukozy w pocie w czasie rzeczywistym.
Fotochromizm 3H-naftopiranów badany czasowo-rozdzielczą spektroskopią oscylacyjną i elektronową
(2022) Brazevič, Sabina; Burdziński, Gotard. Promotor
Zjawisko fotochromizmu polega na odwracalnej zmianie barwy związku chemicznego pod wpływem światła. Związki fotochromowe, do których należą naftopirany, są szeroko stosowane w soczewkach fotochromowych. Głównym celem rozprawy doktorskiej jest opis mechanizmu reakcji fotochromowej w 3H-naftopiranach metodami spektroskopii absorpcji w zakresie UV-vis i średniej podczerwieni. Badania właściwości fotofizycznych i fotochemicznych przeprowadzono dla różnych pochodnych 3H-naftopiranów. W reakcji fotochromowej 3H-naftopiranów na skutek naświetlania promieniowaniem UV powstają dwie formy barwne: transoid-cis (TC) i transoid-trans (TT), które zanikają w krótszej (TC) i dłuższej (TT) skali czasu odtwarzając bezbarwny naftopiran. Zbadano wpływ intensywności promieniowania UV oraz właściwości ośrodka (lepkość, polarność, roztwór względem matrycy polimerowej) na dynamikę i mechanizm reakcji fotochromowej. Uzyskane wyniki mogą zostać potencjalnie wykorzystane na etapie projektowania nowych pochodnych o optymalnych właściwościach fotochromowych (brak udziału długożyjącej formy TT, intensywność zabarwienia, krótki lub długi czas życia form barwnych).
Wyznaczanie dynamiki transferu i rekombinacji ładunku w fotoogniwach perowskitowych
(2022) Pydzińska-Białek, Katarzyna; Ziółek, Marcin. Promotor
Niniejsza rozprawa doktorska jest oparta na serii siedmiu oryginalnych publikacji naukowych skupionych na dynamice transportu ładunków w perowskitowych ogniwach słonecznych, które opublikowane zostały w następujących czasopismach: Chemistry of Materials, Applied Materials and Interfaces, Chemistry-A European Journal, The Journal of Physical Chemistry C, RSC Advances, Physical Chemistry Chemical Physics i Synthetic Metals. Głównymi celami prezentowanej rozprawy było: zbadanie dynamiki transportu elektronów oraz dziur w różnych mieszankach perowskitowych; zbadanie wpływu warunków, w których są przygotowane warstwy, na działanie ogniw słonecznych; zbadanie wpływu różnych materiałów selektywnie transportujących dziury lub elektrony na transport ładunku w ogniwie (włączając te w normalnej jak i odwróconej konfiguracji) oraz korelacja parametrów makroskopowych ogniwa perowskitowego z dynamiką ultraszybkich procesów. Zaprezentowane w niniejszej rozprawie doktorskiej badania przyczyniły się do zrozumienia transportu ładunków w perowskitowych ogniwach słonecznych oraz mogą pomóc w zrozumieniu i dalszym rozwoju nieemisyjnych źródeł energii elektrycznej.
Fałdowanie i agregacja ludzkiego białka prionowego: biofizyczne badania oddziaływań z jonami metali oraz konstruktem peptydowym NCAM1-Aβ
(2022) Gielnik, Maciej; Kozak, Maciej. Promotor; Wärmländer, Sebastian. Promotor pomocniczy
Proces nieprawidłowego fałdowania komórkowej formy białka prionowego (PrPC), jest związany z rozwojem śmiertelnych chorób neurodegeneracyjnych znanych jako pasażowalne encefalopatie gąbczaste, do których należy choroba Creutzfeldta-Jakoba występująca u ludzi lub choroba „szalonych krów” występująca u bydła. Proces ten nie jest zjawiskiem wyjątkowym: w odpowiednich warunkach wszystkie białka mogą ulec zmianie strukturalnej z dobrze rozpuszczalnego stanu natywnego do nierozpuszczalnego i włóknistego stanu amyloidowego. Takie błędne fałdowanie białek połączone z ich agregacją związane jest również z kilkoma innymi chorobami neurodegeneracyjnymi. Ludzkie białko PrPC jest zbudowane z 208 aminokwasów i składa się z dwóch strukturalnie różnych domen: nieustrukturyzowanej domeny N-terminalnej (DNT) oraz ustrukturyzowanej, głównie α-helikalnej, domeny C-terminalnej (DCT). DNT posiada ośmioaminokwasową powtarzającą się sekwencję (ang. octarepeat, OR), która poprzez reszty histydynowe wiąże jony metali Cu(II) i Zn(II). Wiele kofaktorów, włączając w to jony metali, wpływa na błędne fałdowanie białka PrPC. W niniejszej pracy zastosowałem różnorodne, komplementarne metody biofizyczne do zbadania strukturalnych skutków wiązania jonów Cu(II) i Zn(II) przez ludzkie białko PrPC oraz przez peptyd zawierający sekwencję OR. Wyniki spektroskopii dichroizmu kołowego (ang. circular dichroism, CD) sugerują, że peptyd OR wiąże cztery jony Cu(II) oraz dwa jony Zn(II). Bliskie stechiometrycznym stężenia jonów obu metali wywołują zmianę helisy poliprolinowej typu II w zwrot β, natomiast stechiometryczne stężenia obu jonów metali wywołują powstanie antyrównoległych arkuszy β. Symulacje dynamiki molekularnej peptydu OR związanego z jonami metalu wskazują formowanie struktur spinek do włosów posiadających antyrównoległe arkusze β. Bezpośrednie dodanie jonów Zn(II) do peptydu OR skutkuje wiązaniem barwników, charakterystycznych dla włókien amyloidowych takich jak tioflawina T oraz czerwień Kongo. Po inkubacji peptydu OR z jonami Zn(II) obrazowanie z zastosowaniem mikroskopii sił atomowych oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej ujawniło obecność włóknistych struktur. Charakterystyczny obraz dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego wykazał obecność poprzecznych arkuszy β, typowych dla włókien amyloidowych. W związku z powyższym wiązanie jonów Cu(II) i Zn(II) przez peptyd OR może prowadzić do powstania struktur amyloidowych. W przypadku ludzkiego białka PrPC wiązanie jonów Zn(II) przez region OR skutkuje oddziaływaniem pomiędzy DNT i DCT. Spektroskopia CD wskazuje na utratę struktury α-helikalnej na skutek wiązania jonów Zn(II), prawdopodobnie w obrębie helisy drugiej i trzeciej, zlokalizowanych w DCT, oraz powstanie zwrotów β, prawdopodobnie dokoła związanego jonu Zn(II). Wyniki miareczkowania z zastosowaniem spektroskopii fluorescencji oraz CD sugerują, że pozorna stała dysocjacji dla kompleksu PrPC·Zn(II) mieści się w granicy niskich stężeń mikromolowych, przez co można wnioskować, że takie oddziaływanie jest możliwe w warunkach fizjologicznych. Symulacje dynamiki molekularnej dla kompleksu PrPC·Zn(II) wskazują stabilizację trzeciej α-helisy, podczas gdy wyniki małokątowego rozpraszania promieniowania rentgenowskiego sugerują bardziej kompaktowe zwinięcie białka PrPC związanego z cynkiem. Jako że wiązanie cynku do białka PrPC faworyzuje oddziaływanie międzydomenowe i stabilizuje trzecią α-helisę, cynk może hamować proces agregacji lub tworzenia włókien amyloidowych przez białko PrPC. Ponadto zbadano wpływ zaprojektowanego peptydu NCAM1-Aβ na agregację i tworzenie włókien amyloidowych przez ludzkie białko PrPC. Białko PrPC i peptyd NCAM1-Aβ same tworzą struktury amyloidowe, jednak ich wspólna inkubacja przez trzy dni skutkowała powstaniem wyłącznie niewielkich agregatów. Uzyskane wyniki sugerują bezpośrednie oddziaływanie peptydu NCAM1-Aβ z ludzkim białkiem prionowym, prawdopodobnie poprzezo ddziaływania hydrofobowe, oraz inhibicję agregacji białka PrPC.
Wzrost, struktura i właściwości fizykochemiczne ultracienkich warstw tlenków żelaza oraz wanadu
(2022) Wang, Ying; Lewandowski, Mikołaj. Promotor; Nilius, Niklas. Promotor pomocniczy
Ultracienkie warstwy tlenków metali wytworzone na monokrystalicznych podłożach metali szlachetnych wykazują unikatowe właściwości elektronowe, magnetyczne i katalityczne, związane głównie z ograniczonej wymiarowości oraz oddziaływaniem z podłożem. Celem niniejszej pracy było zbadanie wzrostu, struktury i właściwości fizykochemicznych ultracienkich wysp i warstw tlenków żelaza oraz wanadu (odpowiednio FeOx i VOx) na wybranych podłożach monokrystalicznych. Badania były realizowane w warunkach UHV z wykorzystaniem metod STM, STS, LEED i XPS. Eksperymenty przeprowadzone dla układu FeO/Ru(0001) pozwoliły na określenie struktury tlenku o grubości jednej i dwóch monowarstw, a także zmian strukturalnych zachodzących w dwuwarstwie wskutek ekspozycji na atomowy tlen i/lub CO. Warstwy FeO były też wytwarzane różnymi metodami na podłożu Ag(111). Zaobserwowano kilka struktur tlenków żelaza, w tym wcześnie nieopisaną w literaturze nadstrukturę Moiré. Wysoce-zorganizowane wyspy VOx wytworzono na Ru(0001). Pokazano, że tlenek ten jest pokryty periodycznie ułożonymi obiektami, które przypisano do grup V=O i które mogą być usuwane z powierzchni z wykorzystaniem desorpcji stymulowanej elektronami z ostrza mikroskopu STM. Praca poszerza obecny stan wiedzy na temat ultracienkich wysp i warstw tlenków metali przejściowych wytworzonych na monokrystalicznych podłożach metali szlachetnych.
Zbadanie nieciągłych przemian fazowych w złożonych spinowych układach sieciowych przy pomocy eksperymentów komputerowych: trójwymiarowy model Ashkina-Tellera
(2022) Jeziorek-Knioła, Dorota; Musiał, Grzegorz. Promotor
Eksperyment komputerowy Monte Carlo (MC) do analizy przemian fazowych pierwszego rodzaju sterowanych temperaturą w układzie z trzema niezależnie zachowującymi się parametrami porządku przedstawiono na przykładzie trójwymiarowego (3W) modelu Ashkina-Tellera (AT), pokazującego bogaty i złożony diagram fazowy. Wykorzystywane są właściwości takich wielkości, jak namagnesowanie, trzy różne typy kumulant, energia wewnętrzna i jej histogram. Te eksperymenty z powodzeniem mogą być stosowane w analizie temperaturowych przemian fazowych pierwszego rodzaju w układach ze stopniami swobody typu Isinga nie tylko z jednym niezależnym parametrem porządku, ale także w złożonych układach o wielu parametrach porządku wykazujących indywidualne uporządkowanie, jak w modelu AT. Zaproponowany komputerowy eksperyment MC wykorzystuje przetwarzanie równoległe i algorytm Metropolisa. Badane są przemiany fazowe pierwszego rodzaju dowolnie słabe do silnych w obszarze diagramu fazowego z oddziaływaniami ferromagnetycznymi, a ciepło przemiany jest dokładnie obliczane nie tylko dla całego układu, ale wyznaczono wkłady związane z poszczególnymi stopniami swobody. W pracy po raz pierwszy wskazano rolę punktu Pottsa w 3W modelu AT. Stwierdzono, że punkt bifurkacji nie jest punktem trójkrytycznym, jak donosiły wcześniejsze prace, a także udokładniono położenia punktu bifurkacji i punktów trójkrytycznych.
Zbadanie elastycznych właściwości nanomateriałów metodą rozpraszania światła Brillouina
(2022) Babačić, Višnja; Graczykowski, Bartłomiej. Promotor
Praca doktorska dotyczy właściwości mechanicznych nanomateriałów o różnych poziomach ograniczenia przestrzennego, takich jak powłoki nanokompozytowe, cienkie membrany i kryształy koloidalne (CCs). W pracy wykorzystano zjawisko rozpraszania światła Brillouina (BLS) do zbadania wpływu parametrów takich jak stechiometria, nano-ograniczenie przestrzenne (efekt rozmiaru) lub warunki wysokiego ciśnienia na właściwości mechaniczne nanomateriałów. W przypadku powłok nanokompozytowych zbadano wpływ zawartości Ta% na odpowiedź mechaniczną warstw Ta-Hf-C na substracie z Si. Wyniki wykazały wyższy moduł Younga dla stopów trójskładnikowych (TaC)x(HfC)y niż dla binarnych TaC lub HfC. Elastyczny efekt rozmiarowy zbadano na przykładzie membran z MoSe2 o grubości od kilku do kilkudziesięciu nanometrów. Wyniki eksperymentalne wykazały moduł Younga membrany o grubości dwóch warstw maleje o około 30% w stosunku do materiału litego. Zaprezentowano wzmocnienie mechaniczne trójwymiarowych kryształów koloidalnych polistyrenu za pomocą azotu i argonu w stanie nadkrytycznym. Metoda ta polega na wykorzystaniu współdziałania plastycyzacji powierzchni cząstek w nanoskali oraz nadciśnienia hydrostatycznego. Wyniki pokazują, że BLS jest skutecznym narzędziem w określaniu mechanicznych właściwości różnych układów w nanoskali w sposób nieniszczący i bezdotykowy. Ponadto, metoda ta pozwoliła na zbadanie nieopisanych wcześniej zjawisk, takich jak mechaniczne zmiękczenie dwuwymiarowych materiałów czy plastyfikację nanostruktur polimerowych pod wpływem wysokiego ciśnienia.
Experimental studies of particle-covered droplets in electric fields: Mechanical and rheological properties of droplets and interfacial particle organization
(2021) Khobaib, Khobaib; Hornowski, Tomasz. Promotor; Rozynek, Zbigniew. Promotor pomocniczy
Moja rozprawa doktorska zawiera wyniki badań podstawowych w zakresie fizyki materii miękkiej i wnosi wkład w zrozumienie mechanicznych właściwości oraz kinetyki zachowania kropel pokrytych cząstkami stałymi. Do uzyskania takich kropel i badania ich mechanicznych i reologicznych właściwości wykorzystywałem pole elektryczne, które umożliwiło mi także obserwowanie różnych form organizacji cząstek na powierzchni międzyfazowej kropel. Mechanizm ich powstawania opierał się na zjawiskach elektrycznych, takich jak pływy elektrohydrodynamiczne, elektrokoalescencja, dielektroforeza czy elektroforeza. Większość moich badań dotyczyła pojedynczej kropli pokrytej cząstkami stałymi poddanej działaniu jednorodnego stałego bądź zmiennego pola elektrycznego, choć obserwowałem także zachowanie kropli w niejednorodnym polu elektrycznym. Wyniki moich badań dotyczą deformacji, relaksacji, elekrorotacji kropel, koalescencji oraz mechanizmu tworzenia się warstwy cząstek na powierzchni międzyfazowej. Wiedza zdobyta na podstawie doświadczeń przeprowadzanych na pojedynczych kroplach (podparta analizą teoretyczną) pozwala lepiej zrozumieć bardziej złożone układy, jak na przykład emulsje.
Pickering emulsions formed using ultrasound and electric fields - their characteristics and applications
(2021) Bielas, Rafał; Józefczak, Arkadiusz. Promotor; Rozynek, Zbigniew. Promotor pomocniczy
Emulsje spotykamy w wielu obszarach naszego życia. Niezależnie od konkretnego zastosowania powinny zachowywać one swoje właściwości wraz z upływem czasu. Dlatego nadal pracuje się nad coraz doskonalszymi metodami wytwarzania stabilnych emulsji i ich charakteryzowania. Jedną z metod stabilizacji jest użycie cząstek stałych do pokrycia kropel emulsji, a takie emulsje nazywamy emulsjami Pickeringa. W tej rozprawie składającej się z cyklu 6 publikacji zaproponowano nową metodę wytwarzania takich emulsji z użyciem fal ultradźwiękowych i pola elektrycznego. Działanie metody zostało sprawdzone metodami optycznymi i ultradźwiękowymi. Pokazano również, że magnetyczne emulsje Pickeringa wykazują różną efektywność nagrzewania magnetycznego na różnych etapach wytwarzania, co może być istotne z punktu widzenia przyszłych zastosowań w terapii hipertermii magnetycznej, czy w wytwarzaniu metodą spiekania w polu magnetycznym kapsułek koloidalnych mających potencjalne zastosowanie w nowoczesnych terapiach medycznych. Zaprezentowane w ramach rozprawy wyniki mogą przyczynić się do wynalezienia skuteczniejszych metod stabilizacji emulsji i lepszego zrozumienia fundamentalnych procesów zachodzących w nich, gdy są wystawiane na działanie zmiennego pola magnetycznego.
Wyznaczanie dynamiki i wydajności transferu ładunku w fotoogniwach sensybilizowanych barwnikami karbazolowymi idolinowymi i trifenylaminowymi
(2021) Glinka, Adam; Ziółek, Marcin. Promotor; Gierszewski, Mateusz. Promotor
Niniejsza praca została poświęcona badaniom dynamiki procesów transferu ładunku zachodzących w ogniwach słonecznych sensybilizowanych barwnikiem (ang. Dye Sensitized Solar Cells – DSSC), zawierających wysoko wydajne barwniki karbazolowe, indolinowe i trifenylaminowe. W opublikowanych artykułach, wchodzących w skład cyklu stanowiącego przedmiot tej rozprawy, opisaliśmy, jak różnorodne modyfikacje, stosowane w celu poprawienia funkcjonowania ogniw, wpływają na ultraszybkie i szybkie procesy transferu ładunku oraz jak dynamika poszczególnych procesów związana jest z całościowym funkcjonowaniem ogniw. W celu uzyskania informacji o dynamice procesów transferu ładunku, ich wydajności oraz o powiązaniu tych cech z parametrami fotowoltaicznymi ogniw, wykorzystano szeroki zakres technik eksperymentalnych, obejmujący podstawową charakterystykę fotowoltaiczną i różnorodne metody stacjonarnej i czasowo rozdzielczej spektroskopii optycznej. Część wstępna (rozdziały 1-4) zawiera wprowadzenie opisujące stan wiedzy na temat układów DSSC. Praca zawiera również dokładne objaśnienie metodyki wytwarzania ogniw DSSC jak również opis najważniejszych technik wykorzystanych do ich badań. Publikacje naukowe, wchodzące w skład niniejszej pracy, podsumowane zostały w rozdziale piątym i zamieszczone za rozdziałem nr 6, gdzie podsumowano konkluzje pracy.
Badania właściwości fizyko-chemicznych kompleksów dsDNA i siRNA z nowymi czynnikami transfekcyjnymi
(2021) Andrzejewska, Weronika; Kozak, Maciej. Promotor
Jednym z aktualnych wyzwań stojących przed medycyną jest perspektywa skutecznego leczenia szerokiego spektrum chorób dotąd nieuleczalnych. Rozwiązaniem wydaje się być rozwijana w ciągu ostatnich dekad terapia genowa, polegająca na leczeniu chorób o podłożu genetycznym przy pomocy terapeutycznych fragmentów kwasów nukleinowych (np. siRNA). Pomimo dobrze określonych założeń teoretycznych oraz szeregu pomyślnie przeprowadzonych testów, swobodne i nieograniczone zastosowanie terapii genowej w celach terapeutycznych jest nadal ogromnym wyzwaniem. Skuteczne ominięcie mechanizmów odpowiedzi immunologicznej komórek docelowych pacjenta jest bardzo trudne. W obliczu tych faktów ważnym problemem okazuje się być pomyślne przeprowadzenie procesu transfekcji, czyli wprowadzenia materiału terapeutycznego do wnętrza komórek docelowych. Interesującą grupą związków chemicznych wykazujących pożądane właściwości są oligomeryczne surfaktanty kationowe. W ramach niniejszej rozprawy jako czynniki transfekcyjne testowano dwie serie surfaktantów typu dikationowego oraz dwa surfaktanty trikationowe. Na podstawie badań stwierdzono, że wszystkie te surfaktanty trwale kompleksują oligomery dsDNA i siRNA tworząc ich stabilne lipopleksy, przy czym najwydajniej proces ten zachodzi przy użyciu surfaktantów z grupy dichlorków amoniowych. Otrzymane wyniki są bardzo obiecujące i predestynują testowane surfaktanty oligomeryczne do dalszych badań nad ich potencjalnym zastosowaniem w terapii genowej.
Purple bacteria reaction centers in photovoltaic applications
(2021) Białek, Rafał; Gibasiewicz, Krzysztof. Promotor
Nature had billions of years to optimize the processes occurring in living organisms, which makes it a perfect example to follow and source of inspiration for humanity for centuries. One of this examples is photosynthesis, whose first steps are nothing else but the conversion of light energy to the flow of electrons (electrical current). One of the strategies to utilize Nature’s optimization achievement is to isolate photosynthetic proteins and use them as photoactive material in biohybrid photovoltaic devices. In this thesis, the focus is put on the understanding of the operation of Rhodobacter sphaeroides reaction centers (RCs) with possible applications in biohybrid photoelectrochemical devices. First biohybrid system presented in this work is based on TiO2 mesoporous layer as a substrate for RCs immobilization. It resulted in relatively low photocurrents, but generated in both cathodic and anodic ways. Second studied system is a redox-active hydrogel (built with Os-complex based polymers) with embedded RCs. This was characterized by generation of photocurrent with significant internal quantum efficiency (). To summarize, work presented in this thesis contributed to understanding of the operation of biohybrid devices, which along with work of other researchers in the field, might create a fully understood picture of it in the future.
Ograniczenia wydajności separacji i transportu ładunku w ogniwach słonecznych oraz układach do rozdziału wody zawierających kompleksy rutenu
(2020) Grądzka-Kurzaj, Iwona Anna; Ziółek, Marcin. Promotor; Gierszewski, Mateusz. Promotor
Rozprawa doktorska złożona jest ze zbioru publikacji. Ich treść dotyczy zastosowania kompleksów rutenu z ligandami polipirydylowymi w ogniwach słonecznych sensybilizowanych barwnikami (DSSCs) oraz ogniwach fotoelektrochemicznych sensybilizowanych barwnikami przeznaczonych do rozdziału wody (DSPECs). Badania eksperymentalne w ramach pracy doktorskiej zostały przeprowadzone w celu poznania dynamiki transferu elektronu, zachodzącego w wymienionych układach. Zastosowanie ultraszybkiej spektroskopii laserowej pozwoliło na charakteryzację kluczowych, sub-nanosekundowych procesów: wstrzykiwania elektronu, wstecznego transferu elektronu oraz transferu pomiędzy barwnikiem a katalizatorem. Aby zbadać procesy w dłuższych skalach czasowych (od milisekund do sekund), wykorzystano metodę elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej. Uzupełniające badania bazowały na pomiarach fotoelektrochemicznych. Wybrane kompleksy rutenowe wykorzystano do przygotowania modelowych fotoanod, które z kolei zostały użyte w kompletnych ogniwach słonecznych i fotoelektrochemicznych. Ponadto przetestowano działanie nowo zsyntetyzowanego katalizatora do wydzielania tlenu. Charakterystyka układów ujawniła zależności między dynamiką transferu ładunku a warunkami eksperymentalnymi, składem elektrolitu i strukturą fotoanody. Zbadano także stabilność fotoanod w czasie w elektrolitach na bazie wody.
Spektroskopowe badania właściwości estru metylowego kwasu synapowego oraz jego oddziaływanie z wybranymi albuminami
(2020) Kasparek, Adam; Smyk, Bogdan. Promotor
Metylowy ester kwasu synapowego (MESA), występujący m.in. w rzodkiewce i gorczycy czarnej, jest kandydatem do suplementowania żywności i pasz jako przeciwutleniacz. Ponieważ będzie obecny w przewodzie pokarmowym, należy sprawdzić czy może on być transportowany wewnątrz organizmów przez albuminy. W celu uzyskania wyników ilościowych z widm fluorescencji opracowano poprawki na efekt filtru wewnętrznego I i II rodzaju. Korzystając ze skorygowanych widm uzyskano niezbędne dane spektralne oraz fizyko-chemiczne MESA w roztworach wodnych i niewodnych, polarnych i niepolarnych. Obserwowano przesunięcie widm fluorescencji w stronę fal krótszych wraz ze zmniejszaniem się polarności rozpuszczalnika. Bardzo krótki czas życia i niska wydajność kwantowa wskazywały głównie na dezaktywację termiczną energii wzbudzenia. Wartość pKa = 8,6 wskazuje, że MESA będzie najskuteczniej działał jako przeciwutleniacz w pH < 6. Zbadano oddziaływanie MESA z czterema albuminami surowicy. Pojawianie się nowego długofalowego pasma absorpcji wskazało, na tworzenie się kompleksu ze wszystkimi albuminami w elektronowym stanie podstawowym w całym badanym zakresie pH. Na bazie widm fluorescencji wykazano, że MESA preferuje hydrofobowe miejsca wiązania oraz może być sondą fluorescencyjną białek. Wyznaczono stałe asocjacji dla wszystkich albumin - najwyższa była dla roztworów albuminy ludzkiej i wynosiła 52000 M-1.
Projektowanie i wytwarzanie ultra-cienkich nanofotoniczych urządzeń z wykorzystaniem metapowierzchni
(2020) Vashistha, Vishal; Krawczyk, Maciej. Promotor
Od kilkuset lat badania natury światła fascynuje naukowców na całym świecie. W XVII wieku, holenderski astronom i matematyk, Willebrord Snellius zdefiniował pojęcie refrakcji światła, które później od jego nazwiska zostało nazwane prawem Snella. Prawo to wciąż jest szeroko stosowane, a jego uogólnienie w roku 2011 zaproponował prof. Capasso z Uniwersytetu Harvarda. Uogólnione prawo Snella pozwala na rozwijanie technik kontroli frontów falowych wykorzystując powierzchnie zmieniające ich fazę w transmisji lub w odbiciu, zwane metapowierzchniami. Uogólnione prawo Snella jest zgodne z zasadą Fermata a wytwarza się je przy użyciu bardzo małych struktur mogących arbitralnie modyfikować amplitudę, fazę, polaryzację fali światła. Mechanizm odpowiedzialny za to zjawisko można dostosować do konkretnych zakresów długości fali i jest szczególnie dobrze sprawdzone dla światła z zakresu widzialnego. W pracy doktorskiej przedstawiłem koncepcję wykorzystania metapowierzchni do projektowania kilku urządzeń nanofotonicznych. Zaprojektowałem w pełni dielektryczne filtry koloru na bazie krzemu, które efektywnie działają dla fal przechodzących i odbitych. Rozszerzyłem te badania również o projekt dynamicznych i przestrajalnych filtrów kolorów kontrolując polaryzację światła przy wykorzystaniu ciekłych kryształów. Następnie zaproponowałem koncepcję urządzenia wykorzystujące zjawisko impedancji powierzchniowej do sterowania transmisją i umożliwiając prowadzenie fal w płaszczyźnie falowodu kryształu fotonicznego.
Nowe metody opisu nierozróżnialności oraz jej związków z korelacjami kwantowymi
(2019) Karczewski, Marcin; Kurzyński, Paweł. Promotor
Niniejsza rozprawa dotyczy opisu nierozróżnialności w języku kwantowej teorii informacji. Jej głównym celem było wypracowanie nowych metody i pojęć przydatnych w badaniach nad korelacjami cząstek nierozróżnialnych. Dzięki temu podejściu udało się uzyskać kilka wyników dotyczących podstaw mechaniki kwantowej. Po pierwsze, dzięki użyciu uogólnionego modelu probabilistycznego sformułowano intuicyjne zasady częściowo wyjaśniające zachowanie cząstek na multiportach. Po drugie, zaproponowano pojęcie prawdziwie wielocząstkowej nierozróżnialności oraz przedstawiono sposób jej pomiaru poprzez efekty interferencyjne. Po trzecie, wyprowadzono relacje monogamii ograniczające możliwość symulowania różnych typów nierozróżnialności przy użyciu splątania. Pokazano również, że dualne splątanie, wiązane z nierozróżnialnością cząstek, mogą być w pewnych warunkach zaobserwowane również dla cząstek rozróżnialnych. Zaproponowano również metodę pozyskiwania splątania wykorzystującą korelacje między nierozróżnialnymi cząstkami. Wszystkie powyższe wyniki przyczyniają się do badań nad nierozróżnialnością jako zasobem i mogą prowadzić do nowych zastosowań mechaniki kwantowej.
Wykorzystanie nanocząstek magnetycznych do zwiększania efektywności nagrzewania ultradźwiękowo-magnetycznego
(2019) Kaczmarek, Katarzyna Anna; Józefczak, Arkadiusz. Promotor
Poniższą rozprawę doktorską stanowi cykl publikacji naukowych dotyczących badań podstawowych nad wykorzystaniem nanocząstek magnetycznych w nagrzewaniu ultradźwiękowym, magnetycznym i magnetyczno ultradźwiękowym. Badania obejmowały określenie wpływu nanocząstek magnetycznych na akustyczne właściwości (prędkość propagacji, współczynnik tłumienia) wytworzonych fantomów oraz określenie wpływu zastosowanego rodzaju nanomateriału magnetycznego, tj. ciecz magnetyczna i proszek magnetyczny, na efektywność nagrzewania magnetycznego oraz ultradźwiękowego – wywołanego ultradźwiękową falą płaską oraz skupioną. Ważnym elementem przeprowadzanych badań było również określenie jak własności mechaniczne fantomów, tj. ściśliwość, wpływają na efektywność hipertermii magnetycznej. Główny cel badań stanowiło zbadanie termicznego efektu współdziałania ultradźwięków i zmiennego pola magnetycznego. Wszelkie eksperymenty zostały przeprowadzone przy wykorzystaniu fantomów imitujących tkanki ludzkie. Próby łączenia oddziaływania ultradźwiękowego oraz magnetycznego nie zostały dotychczas szczegółowo zbadane czy opisane w literaturze. Wyniki badań, zawarte w cyklu publikacji stanowiących niniejszą rozprawę doktorską, przyczyniają się do poszerzenia wiedzy dotyczącej wpływu nanomateriałów na efektywność terapii hipertermicznych. Rezultaty badań wykazały, iż obecność nanocząstek magnetycznych w fantomach przyczynia się do poprawy efektu termicznego hipertermii ultradźwiękowej jak i hipertermii magnetycznej, a nagrzewanie magnetyczno-ultradźwiękowe, które powstało z połączenia oddziaływań ultradźwiękowego i magnetycznego, jest efektywniejsze od części składowych. Wysoki poziom innowacyjności badań wykazany w tej pracy doktorskiej dotyczy przede wszystkim rezultatów bimodalnego nagrzewania oraz zachęca do dalszych poszukiwań coraz lepszych nanomateriałów, których zastosowanie może doprowadzić, z medycznego punktu widzenia, do poprawy skuteczności oraz komfortu tychże terapii hipertermicznych. Przedstawiana praca i jej wyniki mogą przyczynić się do rozwoju istotnych dla społeczeństwa dziedzin tj. nanomedycyny czy terapii antynowotworowych. Pierwsza część rozprawy doktorskiej przedstawiająca motywację badań i cel dysertacji zawarta jest w rozdziale pierwszym. Rozdziały 1.1–1.4 stanowią wprowadzenie do problematyki omawianej w publikacjach naukowych. Rozdział 1.5 zawiera opis wykorzystanych materiałów badawczych, natomiast rozdział 1.6 zastosowaną metodologię. W rozdziale drugim przedstawione zostały główne rezultaty badań zawarte w publikacjach. Krótkie podsumowanie oraz perspektywy dalszych badań przedstawia rozdział trzeci. Rozdział czwarty zawiera bibliografię, natomiast publikacje naukowe stanowiące główną część osiągnięć naukowych autora znajdują się w rozdziale piątym. Szósty rozdział zawiera oświadczenia współautorów określające ich udział w publikacjach naukowych. Dodatkowe informacje o pozostałych publikacjach, nagrodach, wystąpieniach konferencyjnych, projektach naukowych czy innych naukowych aktywnościach autora zostały przedstawione w załączniku.
Rola splątania w procesie formowania i stabilności bozonów złożonych
(2019) Lasmar, Zakarya; Kurzyński, Paweł. Promotor
Bozony złożone to układy wielociałowe powstałe z wielu podstawowych bozonów lub z parzystej liczby podstawowych fermionów. W ostatnich czasach zasugerowano, że wielkością odpowiedzialną za bozonową własność najprostrzych układów tego typu jest splątanie kwantowe. Ten pomysł zapoczątkował nowy kierunek badań: analizę własności cząstek złożonych w języku teorii informacji kwantowej. Pokażemy, że w szczególnych przypadkach, dwa splątane fermiony mogą wykazywać bozonowe właściwości nawet jeśli znajdują się w dwóch odległych miejscach. Zaproponujemy metodę pozwalającą na przekształcenie stanu dwóch par splątanych fermionów w dwucząstkowy bozonowy stan Foka. Następnie pokażemy, że czasami splątanie może zapewnić stabilność cząstki złożonej. W tym przypadku dynamika nieodziałującej pary splątanych cząstek przypomina dynamikę dwóch oddziałujących cząstek. Ponadto, zbadamy możliwe przyczyny ograniczeń wpływu splątania na zachowanie się cząstek złożonych. Zasada braku sygnalizowania odgrywa tutaj kluczową rolę, co sugeruje, że oddziaływanie między cząstkami może być czasem niezbędne. Ponadto, zaproponuję metodę badania bozonowej własności wielocząstkowych układów fermionowych, która jest oparta na splątaniu wielociałowym. Ta metoda zostanie użyta do zbadania bozonowości stanu podstawowego rozszerzonego modelu Hubbarda w sytuacji kiedy siła oddziaływań pomiędzy cząstkami rośnie.

Browse

Recent Submissions