Study of biomolecular processes by luminescence methods with high resolution and sensitivity for applications in biomedicine

Využití nano-diamantových (ND) luminiscenčních sond pro buněčné zobrazování získává na popularitě díky excelentním vlastnostem diamantu a stabilní luminiscenci, která pochází z dusík-vakance center v diamantové mřížce. Možnosti detekce diamantu obsahujícího tyto centra byly zkoumány pomocí luminiscenčních a kvantových ODMR měření. Byla vyvinuta nová metoda výroby silně zářících nanodiamantových částic, jejichž intenzita záření je o jeden řád vyšší, než u částic vyrobených běžným způsobem. Tyto částice můžou najít uplatnění pro extra citlivé buněčné sondy. Dále byl zkoumán vliv povrchových úprav ND částic na jejich luminiscenci a efekty spojené s velmi malou velikostí částic. Bylo zjištěno, že fluorace povrchu zlepšuje luminiscenční vlastnosti ND částic a to i pro velmi malé částice (8 - 10 nm). Dále byl sestaven optický experimentální setup s vysokým rozlišením určený pro detekci ND částic v buněčném prostředí. Jeho funkčnost byla prokázána zkušebními měřeními (měřením luminiscenčního spektra ND částic a mapováním NV- luminiscence). Internalizace ND částic do buněk typu neuroblastoma byla prozkoumána. Zjištěním byla velmi dobrá absorpce ND částic do buněčné cytoplazmy.Fluorescent nanodiamond (fND) probes are attractive candidates for bioimaging thanks to diamond remarkable properties and strong and stable luminescence, originating at nitrogen-vacancy (NV) point-defects of diamond lattice. Novel detection principles derived from NV center single photon and spin properties were studied using luminescence and quantum ODMR measurements. A novel approach for preparation of ultra-bright fNDs was developed creating nanodiamond particles, which are roughly one order of magnitude brighter than commonly prepared particles. These can be used as ultra-sensitive probes in living cells. Effect of surface termination and size on luminescence intensity was studied. Fluorination of the fND surface has been found to have luminescence stabilization effect even for very small particles (8 - 10 nm). An experimental optical setup with high resolution was built for the detection of fNDs in biomolecular environment. Its functionality was proven by test measurements (fNDs spectra acquisition and NV- luminescence mapping). Fluorescent NDs internalization in neuroblastoma cells was studied and good uptake of particles is observed