UNIWERSYTET MARII CURIE-SKŁODOWSKIEJ W LUBLINIE Wydział Biologii i Biotechnologii prof. dr hab. Mariusz Gagoś Kierownik Zakładu Biologii Komórki Lublin, dn. 18.05.2015r Recenzja rozprawy doktorskiej Magistra Nikodema Czechowskiego pt. Korole jako nowoczesne materiały do konstrukcji funkcjonalnych nanostruktur hybrydowych wykonanej pod kierunkiem prof. dra hab. Sebastiana Maćkowskiego w Zakładzie Optoelektroniki, Instytutu Fizyki, Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu i przedstawionej Radzie Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Dobór, znaczenie tematu i cel pracy: Przedstawiona do recenzji rozprawa doktorska Pana mgra Nikodema Czechowskiego dotyczy badań spektroskopowych właściwości optycznych i fotochemicznych wybranych barwników z grupy koroli oraz ich struktur hybrydowych z nanosrebrem. Doktorant wykonał badania oraz dokonał analizy układów molekularnych składających się z trzech koroli, kumaryny i nanocząstek metalicznych pod postacią nanodrutów lub warstw srebrnych wysp. Zamierzony cel pracy osiągnął wykonując spektroskopowe badania wpływu wzbudzenia plazmonowego na fluorescencję koroli w różnych układach molekularnych. Badania rozszerzył o analizę wpływu odległości pomiędzy warstwami nanocząstek i badanych barwników, na wzmocnienie intensywności fluorescencji. Doktorant dokonał także analizy układu molekularnego korol-kumaryna oraz nanostruktury hybrydowej diada - warstwa srebrnych nanowysp (SIF), wykazując w obu przypadkach występowanie przekazu energii typu FRET. ul. Akademicka 19, 20-033 Lublin, http://cell.umcs.lublin.pl/ tel: +48 81 81 537 59 04 e-mail: mariusz.gagos@poczta.umcs.lublin.pl
Wspomniane powyżej badania wychodzą naprzeciw poszukiwaniom nowych układów hybrydowych, których właściwości pozwolą na uzyskanie wydajniejszych procesów transferu energii. Badania te mają znaczenie nie tylko poznawcze, lecz także aplikacyjne. W mojej opinii dobór tematu oraz cele pracy zostały sformułowane prawidłowo. Ocena formalna i merytoryczna pracy: Rozprawa doktorska Pana mgra Nikodema Czechowskiego ma układ typowy dla prac doświadczalnych. Praca liczy 132 strony, na którą składa się 8 rozdziałów zakończonych podsumowaniem. Każdy z rozdziałów kończy się wnioskami. W Bibliografii Autor zacytował 163 publikacje. W pracy zawarto 89 rysunków i 4 tabele. Stronę graficzną rozprawy oceniam wysoko. Rozprawa napisana jest starannie, dotyczy to zarówno rysunków, schematów jak i wykresów zamieszczonych w opracowaniu pracy. Pozwala to na jednoznaczną ocenę przedstawionych wyników. Dyskusję wyników przeprowadzonych przez Autora oceniam bardzo dobrze. We Wstępie do rozprawy doktorskiej uzasadniającym cel podjętych badań, Autor zamieścił streszczenie poszczególnych rozdziałów, uzyskanych rezultatów i ich interpretacji. Część teoretyczna stanowi syntetyczną charakterystykę zjawisk fizycznych, co w znacznej mierze ułatwia dalsze czytanie pracy. Doktorant zawarł w pracy szczegółowy opis syntezy wybranych koroli wraz z ich właściwościami optycznymi. Opisał także metody wytwarzania warstw srebrnych wysp (SIF) wraz z ich charakterystyką spektralną. Doktorant w sposób przystępny, a zarazem wyczerpujący opisał także podstawy teoretyczne stosowanych przez siebie technik spektroskopowych. Informacje literaturowe zebrane przez Doktoranta pozwalają czytającemu na osadzenie w temacie i zapoznanie się z obecnym stanem wiedzy. Uzmysławiają również rozpiętość zagadnień pozostających do rozwiązania chociażby w temacie transferu energii w warstwowych układach hybrydowych. Dla osiągnięcia postawionych celów pracy Pan mgr Nikodem Czechowski zastosował szereg uzupełniających się metod, w tym spektroskopię absorpcyjną i fluorescencyjną w zakresie UV-Vis, czasowo-rozdzielczą spektroskopię fluorescencyjną oraz spektroskopię w podczerwieni (FTIR). 2
Badania własne Doktoranta rozpoczynają się od Rozdziału 6, w którym zaprezentowano efekty fotomodyfikacji koroli na powietrzu, w próżni i w matrycy polimerowej. Autor zaobserwował fotomodyfikację korola 1 i 2 podczas oświetlania światłem o długości fali 405 nm, indukowaną tlenem. Pomiary techniką FTIR pozwoliły zidentyfikować reakcję odpowiedzialną za ten proces jako rozrywanie tlenowe pierścienia tetrapirolowego. Autor podaje także mechanizm tego procesu. W Rozdziale 7 Doktorant badał wpływ wzbudzenia plazmonowego na fluorescencję koroli w matrycy PMMA na SIF, prezentując przybliżony model teoretyczny, dobrze opisujący spektralną lokalizację rezonansu plazmonowego w badanej nanostrukturze. Autor zaobserwował wzmocnienie intensywności fluorescencji wynoszące od 15 do 20 razy. Analiza krzywych gaśnięcia fluorescencji koroli na SIF wykazała, że w badanej nanostrukturze hybrydowej występują dwa zależne od długości fali wzbudzenia mechanizmy wzmocnienia intensywności fluorescencji. Pierwszym jest zwiększenie prawdopodobieństwa wzbudzenia na skutek zwiększenia lokalnego natężenia pola elektrycznego. Drugim jest zwiększenie prawdopodobieństwa emisji na skutek efektu Purcella. W Rozdziale 8, Doktorant prowadził badania układu molekularnego złożonego z korola i kumaryny wykazując zachodzenie przekazu energii w tym układzie. Jego wydajność oszacowano na 85% w roztworze i 71% na szkle. W opisanym eksperymencie dokonano charakteryzacji optycznej układu molekularnego złożonego z korola 2 i kumaryny. Doktorant zaobserwował zwiększenie intensywności emisji fluorescencji ok. 20 razy na SIF i ok. 8 na SIF z przekładką dielektryczną. Wydajność przekazu energii na tych substratach wynosiła odpowiednio 86 % i 54%. We Wnioskach Autor zawarł szereg konkluzji i odpowiedzi na pytania postawione w celu pracy. Uważam, że są one cennym, niekwestionowanym osiągnięciem badawczym Doktoranta. Podczas czytania rozprawy doktorskiej zauważyłem drobne uchybienia redakcyjne i stylistyczne, nie mające jednak wpływu na ostateczną ocenę pracy: 1. Na stronie 52 Błąd! niepoprawnie sformatowane cytowanie. 2. Na stronie 64 prawo Bougera, wzór 27 prezentowany wzór jest poprawną formą prawa Bougera ale należy pamiętać o tym, że w odniesieniu do pracy spektrofotometru istnieje drobna różnica. Spektrofotometr mierzy transmitancję, którą program komputerowy przelicza 3
na absorbancję nie w skali logarytmicznej lecz dziesiętnej (wtedy logarytm mnożymy przez 2,303). Dlatego lepiej jest podawać zmodyfikowany wzór A=log(I o /I 1 ), który w prosty sposób łączy nam absorbancję ze stężeniem molowym badanej substancji w roztworze. 3. Na stronie 66: W pomiarze FTIR spójne światło podczerwone powinno być wiązka promieniowania podczerwonego. Światło to termin zarezerwowany dla zakresu widzialnego dla człowieka z zakresu pomiędzy 400-700 nm (należy dodać, że np. dla pszczoły miodnej jest to obszar 350-650 nm). 4. Na stronie 80 Na rysunku 47a powinno być rys. 36 (wiersze 9 i 15). Dalej: (krzywa krzywa) powinno być krzywa czarna. Dalej: W celu zbadania zależności prędkości powinno być szybkości np. reakcji. Dalej na rys. 36b widać wyraźnie dwuetapowość reakcji (można dopasować przecięcie dwóch prostych ~110 s), co wskazuje na występowanie podczas naświetlania więcej niż jednego procesu fotochemicznego Jak Doktorant skomentuje ten fakt? 5. Na stronie 76 drobne literówki i szyk zdania, wiersze 4 i 5 szybki skrócenie jego wartość osiąga stabilną wartość. 6. Na stronie 79, wiersz 2: należy unikać potocznych zwrotów typu Najszybszy i najmocniejszy spadek. 7. Na stronie 81, rys. 48 Doktorant nie zauważył, że widoczne jest także wyraźne przesunięcie hipsochromowe pasm dla korola 1 i 2 po czasie 600s. 8. Na stronie 84, wiersz 6 co Autor miał na myśli pisząc skaningowy spektrofotometr FTIR. Ta sama strona poniżej Autor myli długość fali z liczbą falową: absorbancji przy długości fali równej 1734 cm -1. Rozumiem, że do wykonania zdjęć prezentowanych na rys. 52, a zwłaszcza b Doktorant użył mikroskopu FTIR z detektorem FPA? (nie znalazłem informacji na ten temat). Pojawienie się omawianego pasma, co widać wyraźnie na rys. 53 świadczy o powstawaniu grupy karbonylowej, co jest bezpośrednim efektem destrukcji chromoforów molekuł. 4
9. Uważam, że Doktorant powinien przeprowadzić badania korola bezpośrednio na krysztale ATR (bez matrycy solnej) w wentylowanej gazami szlachetnymi komorze. Pozwoliłyby one na wykluczenie efektu termicznego związanego z prasowaniem pastylki oraz roli tlenu w tym procesie. 10. Nie za bardzo rozumiem zdanie ze str. 86 o linearyzacji pierścienia tetrapirolowego korola 1. Pojawienie się pasma w obszarze 2800-3000cm -1 świadczy o występowaniu drgań rozciągających C-H w CH 2, co także jest widoczne w obszarze 1300-1400 cm -1 gdzie uwidaczniają się drgania deformacyjne tejże grupy. Oznaczałoby to, że być może w strukturze rozpiętego korola istniałaby tylko jedna grupa karbonylowa i grupa CH 2? Jeżeli istnieje dwie grupy karbonylowe w strukturze to należałoby dokonać dekonwolucji (np. druga pochodna) pasma z maksimum przy 1734 cm -1. Jeżeli pojawią się dwie składowe to możliwe jest istnienie dwóch grup karbonylowych. Więcej informacji mogłaby dać techniki: NMR i LC-MS. 11. Na stronie 103 Autor pisze, że tylko dla długości fali 405 nm można mówić o punktach układających się wokół prostej na rys. 70. Myślę, że dla każdej z grup punktów pomiarowych można w tym przypadku dopasować prostą, a dla 480 nm lepiej niż 405 nm? 12. Podpis pod rys. 73 Uroiona powinno być Urojona. 13. Zastanawiam się, co Autor miał na myśli w stwierdzając na stronie 107 Dzięki oddzieleniu kumaryny od korola pierścieniem fenylowym zachowywać się one powinny jak dwa niezależne elektronowo układy? 14. Na rys. 76 Autor powinien zaprezentować widmo wzbudzenia fluorescencji dla diady przy tej samej długości fali, co dla korola. 15. Na str. 115 Autor opisując rys. 82 zauważa: Widma emisji poszczególnych fluoroforów nie różnią się położeniem maksimum i kształtem na różnych podłożach. Po przyjrzeniu się widmom z rys. 82 wyraźnie widać batochromowe przesunięcia widm z SIF oraz SIF z przekładką? 5
Wskazane powyżej uchybienia nie umniejszają jednak wartości pracy i jej wysokiej merytorycznej oceny. Wnioski końcowe Podsumowując rozprawę doktorską Pana mgra Nikodema Czechowskiego oceniam ją bardzo dobrze. Rozprawa jest znaczącym dorobkiem naukowym Autora. W szczególności rozprawa posiada elementy nowości naukowej i stanowi oryginalny wkład do wiedzy podstawowej w zakresie badania mechanizmów transferu energii w układach hybrydowych. Część wyników uzyskanych przez Pana mgra Nikodema Czechowskiego została opublikowana w 19stu współautorskich artykułach zamieszczonych w wysoko punktowanych czasopismach z czego 16 jest z bazy JCR. Artykuły dotychczas cytowano 47 razy (bez autocytowań, baza web of knowledge), indeks H=5. Doktorant prezentował swoje wyniki na 20stu konferencyjnych zarówno krajowych jak i zagranicznych. Jestem pod wrażeniem tak licznego dorobku. Biorąc pod uwagę dorobek oraz rozprawę doktorską Pana mgra Nikodema Czechowskiego chciałbym prosić Wysoką Radę Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu o wyróżnienie Doktoranta stosowną nagrodą. Wobec powyższego stwierdzam, że praca spełnia wymagania stawiane rozprawom doktorskim i wnoszę o dopuszczenie Pana mgra Nikodema Czechowskiego do dalszych etapów przewodu doktorskiego. prof. dr hab. Mariusz Gagoś 6