Browsing by Author "Kwiatek, Wojciech M."
Results Per Page
Sort Options
Item Analiza materiałów biomedycznych wybranymi metodami spektroskopowymi(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2003) Kwiatek, Wojciech M.Rozwój analitycznych metod fizycznych wykorzystujących cząstki naładowane oraz promieniowanie synchrotronowe pozwolił na zastosowanie ich w wielu dziedzinach nauki, a w szczególności w biologii i medycynie. Zastosowanie tych metod umożliwia prowadzenie badań w mikro obszarach tkanek, a nawet w pojedynczych komórkach. Z końcem dwudziestego wieku nastąpił znaczny rozwój metod, dzięki którym można prowadzić jednoczesną analizę składu pierwiastkowego oraz stopnia utlenienia metali występujących w materiałach biologicznych na poziomie śladowym. Ciągła potrzeba prowadzenia prac badawczych z zakresu diagnostyki medycznej staje się inspiracją do rozwoju metod, za pomocą których będzie można odpowiedzieć na nurtujące środowisko medyczne pytania dotyczące: etiologii powstawania chorób, możliwości ich wczesnego diagnozowania, zapobiegania i leczenia. Aby móc udzielić odpowiedzi na wiele pytań z tego zakresu wciąż jeszcze muszą być prowadzone prace badawcze przez wiele środowisk naukowych współpracujących ze sobą. W pracach tych szczególne znaczenia przypada właśnie fizyce, która dysponuje specyficznymi metodami pozwalającymi na prowadzenie badań w mikro a nawet nano obszarach. Pierwiastki śladowe odgrywające ważną rolę w organizmie człowieka są częstym obiektem badań. Istotnym jest poznanie składu chemicznego oraz stężeń pierwiastków śladowych występujących w poszczególnych narządach, tkankach, i komórkach. Przedstawiona rozprawa habilitacyjna dotyczy badań materiałów biomedycznych pobranych od pacjentów ze schorzeniami układu moczowego. Badany materiał to: kamienie nerkowe, tkanki nerek i prostaty. Zaprezentowane wyniki pomiarowe dotyczą stosowania różnorodnych fizycznych metod analitycznych, do których można zaliczyć: PIXE (Proton Induced X-ray Emission), AAS (Atomic Absorptopn Spectroscopy), R(E)BS (Rutherford (Elastic) BackScattering), XRF (X-Ray Fluorescence), TRXRF (Total Reflection X-Ray Fluorescence), SRIXE (Synchrotron Radiation Induced X-ray Emission), FTIR (Fourier Transform InfraRed), oraz XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure). Niektóre metody fizyczne stały się konkurencyjnymi do metod chemicznych z uwagi na możliwość prowadzenia badań i analiz materiałów biologicznych nie powodując ich destrukcji. Możliwość jednoczesnego pomiaru badanych związków i zachowania struktury tkanek stanowi główną zaletę wielu metod fizycznych i daje szereg możliwości przeprowadzania różnorodnych analiz na tym samym materiale badawczym. Ważnym aspektem tych możliwości jest wzajemne wspieranie rozwijających się metod diagnostycznych wynikami badań podstawowych jakie oferują te metody.Item Badania osadów z wodomierzy Miejskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów i Kanalizacji w Krakowie(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2014) Kopeć, Marek; Kąc, Małgorzata; Budziak, Andrzej; Paluszkiewicz, Czesława; Zarzycki, Arkadiusz; Kąc, Sławomir; Dutkiewicz, Erazm; Kwiatek, Wojciech M.; Cichoń, Tomasz; Bochnia, T.In the frame of cooperation with the Municipal Water Supply and Sewage in Krakow the preliminary studies of sediments from water meters of Krakow water supply system were performed. Sediments deposited on the measuring devices installed in the water supply system, are a major technological problem and the need to replace faulty water meters is a measurable economic problem for water utilities. Chemical and phase composition investigations were carried out using proton-induced X-ray emission, energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy. Additionally, basing on Mössbauer spectroscopy magnetic phases were analyzed. The morphology of the chosen samples was observed on scanning electron microscopy. Mentioned methods revealed presence of amorphous and finely crystalline phases with fractions several times larger than identified crystalline one. In the crystalline phase the most frequently appeared: goethite α-FeOOH, lepidocrocite ɤ-FeOOH, and in smaller amounts: maghemite ɤ-Fe2O3, calcium carbonate CaCO3 and quartz SiO2 as well non-stoichiometric iron sulfides. In many samples nanocrystalline phase was found which due to comparative analysis, was identified as an iron hydroxide ferrihydrite with formula similar to Fe5HO8 4H2O. Moreover, presence of hematite α-Fe2O3 and akaganeite β-FeOOH phases was revealed. In several samples appearance of organic compounds were proven.Item Badanie wpływu promieniowania jonizującego na strukturę chromatyny z wykorzystaniem nanospektroskopii molekularnej(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Science, 2019) Borkowska, Anna; Kwiatek, Wojciech M.; Lipiec, Ewelina; Barańska, Małgorzata; Gruszecki, WiesławSTRESZCZENIE Struktura chromatyny umożliwia upakowanie DNA, w którego nici jest zapisana informacja genetyczna. Chromatyna występuje na różnych poziomach organizacji. Na najniższym poziomie organizacji występuje w postaci nukleosomów, a na najwyższym poziomie organizacji w postaci chromosomów metafazowych. Ze względu na kluczową rolę chromatyny w organizacji DNA, został zbadany wpływ metylacji DNA i histonu H3 na jej strukturę chemiczną. Ponadto, został także zbadany udział euchromatyny i heterochromatyny w powstawaniu uszkodzeń w wyniku oddziaływania z wiązką protonów, co ma istotne znaczenie dla radioterapii. Do badań struktury molekularnej chromatyny zostały wykorzystane dwie techniki nanospektroskopii molekularnej: spektroskopia Ramana wzmocniona na ostrzu sondy skanującej (TERS, ang. Tip- Enhanced Raman Spectroscopy) oraz spektroskopia w zakresie podczerwieni połączona z mikroskopią sił atomowych (AFM – IR, ang. Atomic Force Microscopy Infrared Spectroscopy). Spektroskopia TERS umożliwiła zbadanie wpływu metylacji zarówno DNA, jak i histonu H3 na strukturę chemiczną chromatyny na najniższym poziomie jej organizacji- pojedynczego nukleosomu. Za pomocą spektroskopii AFM – IR, wykonano pomiary pojedynczych chromosomów metafazowych człowieka, czyli chromatyny na najwyższym poziomie jej organizacji. Na bazie przedstawionych w poniższej rozprawie wyników TERS, na podstawie zmiany intensywności pasma charakterystycznego dla wib. zasad A, C i G oraz δ(CH), a także C=C (1487 cm-1), zidentyfikowano dwie różne struktury nukleosomów: 1) charakteryzującą się brakiem obecności pasma dla liczby falowej 1487 cm-1 w przypadku liniowego DNA faga λ (głównie konformacja A) oraz 2) charakteryzującą się obecnością pasma dla liczby falowej 1487 cm-1 w przypadku kolistego DNA (pUC19, współistnienie konformacji A i B). Zanik intensywności pasma na pozycji spektralnej 1487 cm-1 został powiązany z powstawaniem wiązania wodorowego pomiędzy końcem NH2 kationowych reszt histonów z azotem N7 zasady guaninowej DNA w większym rowku DNA. Ponadto, w oparciu o otrzymane wyniki, stwierdzono, że na strukturę nukleosomów najistotniejszy wpływ ma konformacja DNA. Za pomocą spektroskopii AFM – IR zweryfikowano wpływ organizacji i budowy chemicznej chromatyny na powstawanie aberracji chromosomowych w wyniku oddziaływania z wiązką protonów. Pokazano, że procesy powstawania uszkodzeń radiacyjnych oraz ich naprawy prowadzące do powstania chromosomów dicentrycznych oraz pierścieniowych zachodzą głównie w euchromatynie. Podsumowując, badania nanospektroskopowe chromatyny na najniższym i najwyższym poziomie jej organizacji, umożliwiły lepsze wyjaśnienie i zrozumienie zmian spektroskopowych związanych z metylacją lub typem/konformacją DNA. Umożliwiły one także zbadanie czułości euchromatyny i heterochromatyny na uszkodzenia związane z oddziaływaniem z wiązką protonów.Item Linia eksperymentalna do napromieniania pojedynczych żywych komórek przy stanowisku mikrowiązki rentgenowskiej w IFJ PAN. Opis techniczny(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2011) Bożek, Sebastian; Bielecki, Jakub; Stachura, Zbigniew; Lekki, Janusz; Sienkiewicz, Michał; Świerblewski, Jacek; Pieprzyca, Tomasz; Szklarz, Zbigniew; Dutkiewicz, Erazm; Hrynkiewicz, Andrzej; Kwiatek, Wojciech M.X-ray experimental microbeam line for single live cells irradiation has been constructed at the Institute of Nuclear Physics PAN. The facility is based on an open type X-ray tube with microfocusing (the X-ray emission spot size is about 2 micrometers in diameter) and anode exchange ability. In the microdosimetry experiment a Titanium anode with the 4.5 keV energy of Ka characteristic radiation line is used. The X-ray radiation, emitted from the spot into a cone of 120 degrees angle, is focused on the sample using the X-ray focusing multilayer mirrors in the Montel geometry. The focusing distance is 32 mm, and the focal spot is about 20 micrometers in diameter. The beam image can be observed using the X-ray sensitive CCD camera, as well as with the use of an optical microscope and the P43 scintillator screen. Cells are seeded on a thin mylar foil, which is mounted on a drilled opening in the bottom of the Petri dish. After visual selection of cells dedicated to irradiate, and setting of experimental parameters, the irradiation process is carried out automatically, and cells are irradiated with a controlled X-ray dose.Item Metoda mikrotomografii komputerowej dla układu mikrowiązki promieniowania X w zastosowaniu do wyznaczania porowatości i powierzchni właściwej skał(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2009) Bielecki, Jakub; Bożek, Sebastian; Lekki, Janusz; Stachura, Zbigniew; Jarzyna, Jadwiga; Kwiatek, Wojciech M.Celem pracy było opracowanie metodyki pomiarów wybranych własności fizycznych próbek geologicznych metodą mikrotomografii komputerowej. Badania zostały wykonane w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN z wykorzystaniem układu mikrowiązki promieniowania X przy współpracy z Katedrą Geofizyki WGGiOŚ Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Przedstawione zostały wstępne wyniki pomiarów porowatości i powierzchni właściwej przestrzeni porowych dla próbki skały piaskowca wydobytego z otworu CG5 na głębokości 2680 m. Omówiona została metoda segmentacji obrazów tomograficznych oraz algorytmy cyfrowej analizy danych tomograficznych. Praca przedstawia możliwości zastosowania metody mikrotomogarfii komputerowej o wysokiej przestrzennej zdolności rozdzielczej w połączeniu z metodami cyfrowej analizy danych do badania materiałów porowatych.Item Multimodal approach for ionizing radiation damage investigation(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2015) Kwiatek, Wojciech M.; Adamczyk, Jolanta; Bobrowska, Justyna; Borkowska, Anna; Lekka, Małgorzata; Lekki, Janusz; Lipiec, Ewelina; Miszczyk, Justyna; Pabijan, Joanna; Paluszkiewicz, Czesława; Panek, Agnieszka; Piergies, Natalia; Pogoda, Katarzyna; Prauzner-Bechcicki, Szymon; Quaroni, Luca; Roman, Maciej; Wiecheć, Anna; Wiltowska-Zuber, JoannaThe new, leading edge laboratory has been established and put into routine operation. The laboratory is focused on multimodal studies of the cellular response to ionizing radiation and provides support and research facilities for the Bronowice Cyclotron Centre. Spectroscopic imaging of cells and tissues (examining in particular the internal structure of cells, the cytoskeleton organization, cells’ mechanical and biochemical properties), as well as research at the molecular level, has been applied in research for the purpose of searching new strategies of prevention and therapies of cancer and other pathologies and in fundamental research in the field of structural and vibrational analysis of condensed matter. The multimodal approach, illustrating the full laboratory potential, has been applied to radiation effect studies of transitional cells – human bladder carcinoma cells (T24 cell line). Cells were irradiated with three X-ray radiation doses: 1 Gy, 3 Gy, and 10 Gy and subsequently studied using all instruments of the new laboratory. The presented results demonstrated that the AFM elasticity measurements can be applied to quantitatively estimate alterations induced upon Xray irradiation at the single cell level. A combination of AFM and InfraRed Spectroscopy (NanoIR2 setup) was successful in characterization molecular changes occurring in the nuclear environment following cellular irradiation. Particularly useful information acquired was the observation of changes in distribution of macromolecules with a spatial resolution at the level of the single organelle. The observed changes correlate with radiation dose and thus may become a tool for studying the biological effects of radiation exposure. The application of Raman microspectroscopy for radiation-induced damage investigations provided detection of such spectral changes as strand breaks, base unstacking, and DNA conformational transformations. These studies give crucial information about the damage associated with irradiation and cellular response for radiation dose at single cell level. Moreover, Raman spectroscopy provides possibility to investigate structural changes present within the same sample. Complementary UV–VIS technique, on the basis of γ-H2AX test, delivered quantitative data of radiation damage, manifesting in presence of double strand breaks in DNA in 1st and 2nd day of culture (1 hour and 24 hours after irradiation).Item Multipurpose X-ray microprobe in the IFJ PAN. Technical description(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2009) Bielecki, Jakub; Bożek, Sebastian; Banaś, Agnieszka; Baszak, Jarosław; Doruch, Henryk; Hajduk, Roman; Kowalska, Joanna; Pieprzyca, Tomasz; Szklarz, Zbigniew; Lekki, Janusz; Stachura, Zbigniew; Kwiatek, Wojciech M.Item Opracowanie algorytmów do analizy zdjęć z mikroskopii fluorescencyjnej(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2017-02) Tkocz, Konrad; Bożek, Sebastian; Bielecki, Jakub; Lekki, Janusz; Kwiatek, Wojciech M.The fluorescence microscopy is one of the fastest techniques of DNA damage visualisation induced by physical or chemical factors. For this reason, the area of algorithms for images analysis from fluorescence microscopy continually develops. This report contains presentation of algorithms elaborated for the assessment of relative amount of DNA damage, visualised with the fluorescent dyes Alexa Fluor 488 and DAPI. Methods of the determination of the noise level and signal to noise ratio in the images, as well as methods of noise reduction and image quality optimization have been presented.Item Oznaczanie śladowych zawartości Zn i Pb oraz K w próbkach bielic tatrzańskich róznymi technikami: PIXE, ASS i spektroskopia promieniowania gamma(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2006) Kubica, Barbara; Kwiatek, Wojciech M.; Reczyński, Witold; Gołaś, Janusz; Dutkiewicz, Erazm; Hajduk, Roman; Maranda, Stanisław; Misiak, Ryszard; Pieprzyca, Tomasz; Stobiński, Marcin; Szklarz, Zbigniew; Wiltowska, JoannaCelem prezentowanej pracy było porównanie technik analitycznych stosowanych przy oznaczaniu stężenia Pb, Zn i K w próbkach bielic tatrzańskich. Analizy wykonano różnymi metodami analitycznymi PIXE (Proton Induced X-ray Emission), AAS (Absorption Atomic Spectroscopy) oraz spektroskopią promieniowania gamma. Wyniki porównano ze sobą. Pomiary wykonane tymi trzema różnymi technikami pomiarowymi pozwoliły na oszacowanie zawartości Pb, Zn i K w granicach błędu statystycznego potwierdzając wzajemnie poprawność dokonanych oznaczeń.Item Preliminary Study of Elemental and Radionuclides Composition in Sediment Samples from Dobczyce Water Reseivoir(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2004) Gołaś, Janusz; Kubica, Barbara; Reczyński, Witold; Kwiatek, Wojciech M.; Skiba, Marek; Stobiński, Marcin; Dutkiewicz, Erazm; Posmyk, G.; Jones, K.W.; Olko, M.; Górecki, J.; Glebowa, L.Sediments play fundamental role in toxic compounds distribution in aquatic systems and in the evaluation of current state and course of changes taking place in environment. On the other hand physical, chemical, biochemical and geochemical processes that influence toxic compounds and elements fate in sediments are numerous and complex (for example: adsorption – desorption, oxidation – reduction, ion-exchange, biological activity). River and lake sediments constitute also very difficult analytical samples. Due to the above mentioned general statements only long term and as complex as possible research can lead to satisfactory answers to the question about drinking water quality for the city of Cracow. Therefore in this paper, introductory results concerning determination of concentration of chosen elements such as Al, P, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, NI, Cu, Zn and radionuclids natural ( 40K ) and artificial (137Cs) in the depth profile of sediment samples from the Dobczyce Reservoir are presented. For the best quality of experimental work several analytical techniques, were applied namely: Proton Induced X-ray Emission (PIXE), Rutherford Back-Scattering (RBS), Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), gamma spectrometry, and x-ray diffraction.Item Przestrzenny rozkład zawartości Zn oraz Cr w próbkach gleby pobranej w Tatrach Wysokich(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2008) Stobiński, Marcin; Kubica, Barbara; Misiak, Ryszard; Kwiatek, Wojciech M.; Gołaś, Janusz; Reczyński, Witold; Hajduk, Roman; Dutkiewicz, Erazm; Bartyzel, Mirosław; Fleischer, P.; Krzan, Z.Celem prezentowanej pracy było przedstawienie przestrzennego rozkładu metali ciężkich, takich jak cynk oraz chrom w próbkach gleb pobranych w Tatrach Wysokich po obydwu stronach granicy Polsko-Słowackiej. Analizy wykonano za pomocą różnych technik analitycznych, takich jak absorpcyjna spektometria atomowa (atomic absorpcion spectrometry – AAS), oraz mikro-PIXE (Proton Induced X-ray Emission). Zaprezentowano wyniki pomiarów tak z próbek pobranych z wierzchniej warstwy gleby (10cm) jak i z pełnych profili głębokościowych. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono iż zawartości chromu i cynku są zbliżone do stężeń podawanych przez innych autorów dla terenów górskich, i są raczej pochodną ich zawartości w skale macierzystej. Stwierdzono także tendencję do kumulacji cynku w powierzchniowych, zasobnych w substancję organiczną poziomach glebowych.Item Single molecule force spectroscopy study of integrins and syndecans interactions in bladder cancer cells(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Science, 2020) Danilkiewicz, Joanna; Kwiatek, Wojciech M.; Pogoda, Katarzyna; Raczkowska, Joanna; Gruszecki, Wiesław; Kuczumow, AndrzejCelem niniejszej pracy doktorskiej było sprawdzenie stosowalności dynamicznej spektroskopii sił AFM w opisie mechanizmu oddziaływań adhezyjnych peptydów i przeciwciał do receptorów obecnych na powierzchni żywych komórek. Praca dostarcza opisu różnic krajobrazu energetycznego wiązania wybranych fragmentów fibronektyny i monoklonalnych przeciwciał przeciwko syndekanom w zależności od stopnia złośliwości komórek nowotworu pęcherza. Hipoteza pracy zakłada, że parametry krajobrazu energetycznego oddziaływań adhezyjnych wyznaczone za pomocą dynamicznej spektroskopii sił AFM pozwalają na rozróżnienie przerzutujących i nieprzerzutujących linii komórek raka pęcherza moczowego. Praca zawiera optymalizację procedury pomiaru dynamicznej spektroskopii siły na żywych komórkach oraz analizy specyficznych oddziaływań adhezyjnych. W oparciu o dane eksperymentalne przetestowano przewidywania dwóch teoretycznych modeli pozwalających na wyznaczenie parametrów oraz rekonstrukcję obrazu energetycznego zerwania wiązania: fenomenologicznego modelu Bella-Evansa i deterministycznego modelu Dudko-Hummer-Szabo. Oba modele umożliwiają analizę zależności siły adhezji od szybkości przykładania siły zrywającej pozwalając na wyznaczenie parametrów opisujących kinetykę oraz szerokość bariery potencjału tego procesu. Wyniki posłużyły do stwierdzenia, że model Dudko- Hummer-Szabo, który jest bardziej realistyczny oraz wzbogacony o energię swobodną zerwania wiązania, charakteryzuje się wyższą wiarygodnością. Jednocześnie, model Bella-Evansa, pomimo swojego uproszczenia, może służyć do zgrubnego opisu różnic kinetyki zrywania pojedynczych wiązań. Zaangażowanie modelu Extensible Worm-Like-Chain znanego z fizyki polimerów oraz rozciągania białek było kluczowe dla postępu pracy i pozwoliło na rozróżnienie pomiędzy zerwaniem niespecyficznych wiązań od specyficznych oraz obliczenie prędkości obciążania (loading rate) siły rozciągającej w momencie tuż przed zerwaniem wiązania. Badanie wykonano przy pomocy próbników AFM funkcjonalizowanych krótkim heksapeptydem GRGDTP, dłuższym fragmentem modułu III fibronektyny FN4-12 na powierzchni niezłośliwych komórek nowotworu przewodu moczowego oraz komórek nowotworu pęcherza trzeciego stopnia złośliwości. Eksperyment z monoklonalnymi przeciwciałami przeciwko syndekanowi-1 i syndekanowi-4 został rozszerzony o panel komórek: niezłośliwego nowotworu nabłonka pęcherza moczowego, drugiego i trzeciego stopnia nowotworu pęcherza oraz przerzutujących komórek nowotworu pęcherza. Uzyskane wyniki pozwoliły na charakterystykę kinetyki oddziaływań adhezyjnych peptydów oraz przeciwciał do powierzchni żywych komórek przy zastosowaniu dynamicznej spektroskopii sił AFM. Parametry krajobrazu energetycznego wyznaczone przy zastosowaniu modeli Bell-Evansa oraz Dutko-Hummer-Szabo pozwoliły na rozróżnienie pomiędzy niezłośliwymi, złośliwymi i przerzutującymi komórkami raka pęcherza moczowego, dowodząc słuszności postawionych tez pracy doktorskiej. Uzyskany wynik nie jest jednak prostą funkcją stopnia złośliwości badanych komórek, co zostało przedyskutowane w oparciu o złożoność badanych układów biologicznych.Item Study of interactions of copper-phenanthroline complexes with biomolecules by the X-ray Absorption Spectroscopy(The Henryk Niewodniczański Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2024) Stańczyk, Wiktoria Idalia; Kwiatek, Wojciech M.; Czapla-Masztafiak, Joanna; Kapusta, Czesław; Piskorska-Hommel, Edyta; Witkowska, AgnieszkaMotywacją do podjęcia tematu projektu doktorskiego były wciąż trwające badania nad nowymi lekami chemioterapeutycznymi. W dzisiejszych czasach problem skutków ubocznych, pojawiających się w wyniku stosowania dostępnych leków, lub braku skuteczności niektórych terapii przeciwnowotworowych, nabiera szczególnego znaczenia w związku ze stale rosnącą liczbą diagnozowanych przypadków nowotworów na świecie. Stwierdzono, że powszechnie stosowane związki na bazie platyny, takie jak cisplatyna, powodują nudności i prowadzą do upośledzenia słuchu lub problemów z układem trawiennym, ale problemów tych jest dużo więcej. Dodatkowo platyna jest pierwiastkiem dość drogim w pozyskiwaniu, co przenosi się na wysokie koszty produkcji leków. Dlatego też badane są innego rodzaju związki, w tym kompleksy na bazie miedzi. Opisywane w rozprawie badania skupiły się na charakteryzacji dwóch kompleksów miedzi z fenantroliną, którymi były: Cu(1,10-fenantrolina)Cl2 oraz zsyntetyzowany Cu(1,10-fenantrolina)-(1H-1,2,4-triazolo-1-yl)Cl2·H2O, metodą rentgeno-wskiej spektroskopii absorpcyjnej (ang. X-ray Absorption Spectroscopy, XAS). Pierwsza część pracy skupiła się na przeglądzie literatury dotyczącej obecności miedzi w organizmie człowieka i jej możliwych zastosowaniach w leczeniu przeciwnowotworowym. Najważniejsza jednak część dotyczyła procesu syntezy kompleksu miedzi z triazolem, na podstawie publikacji Tabassum i inni (2012). Po wielu powtórzeniach i próbach optymalizacji procedury syntezy stwierdzono, że otrzymywane są dwa różne produkty reakcji. Aby scharakteryzować te produkty, wykonano badania metodą spektroskopii w podczerwieni. Stwierdzono, że drugim produktem okazał się wybrany już wcześniej do badań związek Cu(1,10-fenantrolina)Cl2. Jako główny produkt rozpoznano oczekiwany kompleks miedzi z triazolem. Część drugą rozprawy poświęcono teorii rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej oraz różnym źródłom promieniowania rentgenowskiego, wykorzystywanym w badaniach tą metodą. Część doświadczalna skupiła się na badaniach XAS obu związków miedzi z fenantroliną w stanie stałym, z uwzględnieniem dodatkowych związków referencyjnych. Ważnym aspektem tego badania było zastosowanie laboratoryjnego układu XAS, który nie jest jeszcze tak powszechnie stosowany. Zoptymalizowano także parametry pomiarów, zwłaszcza czas akwizycji widm i stężenie związku w próbce, a następnie poddano wyniki kompleksowej analizie. Uzyskane w warunkach laboratoryjnych widma XAS dały wgląd w kształt widm i możliwe położenie krawędzi absorpcji, jednakże brakowało w nich mniej intensywnych struktur, takich jak piki przedkrawędziowe. W związku z tym, zdecydowano się przenieść badania do centrów synchrotronowych, w celu uzyskania bardziej szczegółowych widm. Badania z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego przeprowadzono w trzech ośrodkach, którymi były: Swiss Light Source (SLS) Instytutu Paul’a Scherrer’a (PSI) w Villigen w Szwajcarii; PETRA III kompleksu Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) w Hamburgu, w Niemczech; i synchrotron SOLARIS w Krakowie. Wyniki dostarczyły informacji, że badane związki nie ulegały redukcji pod wpływem napromieniowania, a także ujawniły struktury widmowe, których brakowało w laboratoryjnych widmach XAS. Analiza zidentyfikowanych pików przedkrawędziowych potwierdziła oczekiwaną geometrię kompleksów, która została zawarta w danych krystalograficznych dostępnych w literaturze. W tej części badań otrzymano także widma, które posłużyły jako referencja do analizy widm roztworów badanych dwóch związków. Ostatnia część pracy doktorskiej dotyczyła badań cieczy. Ważnym aspektem było zaprojektowanie układu dostarczania cieczy, który umożliwiłby wielogodzinne pomiary roztworów bez strat próbki i ograniczałby możliwość uszkodzeń radiacyjnych badanego materiału. Przetestowano trzy różne układy, z których dwa z dedykowanymi celkami okazały się najbardziej wydajne. Wyniki badań XAS związków miedzi z fenantroliną, rozpuszczonych w roztworach wodnych, poparte obliczeniami teoretycznymi, wykazały zachodzącą wymianę ligandów przyłączonych do miedzi. Proces ten uwzględniono w analizie widm roztworów inkubowanych z DNA i albuminą surowicy bydlęcej (ang. bovine serum albumin, BSA). Po analizie wyników odejmowania widm XAS, zmiany w obszarze krawędzi absorpcji sugerują zmianę w strukturze elektronowej obu kompleksów, będącą efektem zachodzących słabych, niekowalencyjnych oddziaływań z DNA. Stwierdzono również, że mogą także zachodzić dodatkowe oddziaływania elektrostatyczne. W przypadku badań z udziałem albuminy stwierdzono, że kompleks miedzi z triazolem wydaje się chętniej oddziaływać z tą biomolekułą niż pierwszy badany związek, prawdopodobnie ze względu na obecność drugiej grupy organicznej, która może brać udział w oddziaływaniach hydrofobowych. Podsumowując wszystkie wyniki i dyskusje przedstawione w rozprawie, stwierdzono, że rentgenowska spektroskopia absorpcyjna jest użyteczną metodą badania oddziaływań potencjalnych chemioterapeutyków na bazie miedzi z wybranymi biomolekułami. Dodatkowo uzyskano informacje, których brakowało we wcześniejszych publikacjach, opisujących kompleks miedzi z triazolem. Stwierdzono jednak, że są one kluczowe dla zrozumienia mechanizmu oddziaływań między kompleksami miedzi z fenantroliną z cząsteczkami DNA i albuminy. The motivation to investigate a topic presented in this doctoral dissertation originated from the still ongoing studies on new chemotherapeutic drugs. Nowadays, the problem of the side effects after application of the available medicines or the nonefficiency of some anticancer therapies is getting an importance, due to the still increasing number of diagnosed cancer cases worldwide. Commonly used compounds based on platinum, like cisplatin, are found to cause nausea, and lead to hearing impairment or problems with the digestive system, just to mention a few. Additionally, platinum is quite an expensive element to possess, what results in the high costs of drug production. Therefore, other alternatives are being explored, including complexes based on copper. This research concentrated on the examination of two copper-phenanthroline complexes, which were: Cu(1,10-phenanthroline)Cl2, and synthesized Cu(1,10-phenanthroline)-(1H-1,2,4-triazole-1-yl)Cl2 · H2O, with the use of the X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) method. The first part of the thesis focused on the review of copper's presence in the human body and its possible applications in anticancer treatment. The most important part focused on the process of synthesis of the copper-phenanthroline complex with triazole, basing on the publication by Tabassum et al. (2012). After many repetitions and attempts to optimize the synthesis procedure, it was found, that two different products are being obtained. To verify what are these products, an infrared spectroscopy examination was performed. It was found, that the secondary compound was in fact Cu(1,10-phenanthroline)Cl2, already chosen before examination. The main product was recognized as the expected copper complex with triazole. The second part was dedicated to the theory of X-ray absorption spectroscopy and various X-ray sources used in studies with this method. The experimental part concentrated on the XAS examination of both copper-phenanthroline compounds in a solid state, including additional referential compounds. The important part of this examination involved the application of the laboratory XAS setup, which is yet not so commonly used. The parameters of the measurements, especially acquisition time and concentration of the compound in the sample, were optimized, followed by the complex data analysis. XAS spectra, which were obtained in laboratory conditions, gave insight into the shape of the spectra and possible position of the absorption edge, yet, were lacking in less pronounced features, like pre-edge peaks. Therefore, it was decided to move the examination to the synchrotron facility, to obtain more detailed spectra. Studies with the use of synchrotron radiation were performed in three facilities, that were: Swiss Light Source (SLS) of the Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen, Switzerland; PETRA III of the Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) complex, in Hamburg, Germany; and SOLARIS synchrotron, in Kraków, Poland. Results provided information, that the studied compounds are not prone to photoreduction, and revealed the spectral features, that were absent in the laboratory XAS spectra. Analysis of the identified pre-edge peaks confirmed the expected geometry of the complexes, that were described in the crystallographic data found in the literature. This part of the examination also provided spectra, that were used as a reference in the analysis of the spectra of solutions of these two compounds. The final part of the doctoral research concerned on the XAS studies of solutions. The important aspect involved the design of a liquid delivery setup, that enabled measurements of solutions over many hours, without a loss of the sample and reducing the possibility of radiation damage. Three different setups were tested, from which two having dedicated cells were found to be the most efficient. Results of XAS studies of the copper-phenanthroline compounds dissolved in aqueous solutions, supported by the theoretical calculations, revealed the undergoing exchange of the ligands attached to copper. This process was also taken into consideration in the analysis of spectra of solutions incubated with DNA and bovine serum albumin (BSA). After analysis of the results of XAS spectra subtraction, the changes within the absorption edge region suggested a change in the electronic structure of both complexes, being a result of the weak noncovalent interactions with DNA. Additional electrostatic interactions were also found to be possible. In the case of examination involving BSA, it was found, that the copper-triazole complex seems to more preferably interact with this biomolecule than the first compound, probably because of the presence of the second planar organic group, which can be involved in hydrophobic interactions. Summing all the results and discussions presented in this thesis, X-ray Absorption Spectroscopy was found to be a useful method for studying interactions of prospective copper-based chemotherapeutics with chosen biomolecules. Additionally, it revealed the information, that was lacking in the previous publications, which described a copper-triazole complex. Yet, this information was found to be crucial in understanding the mechanism of the interactions between copper-phenanthroline complexes with DNA and BSA molecules.Item XANES and SR-XRF study of skin as a barrier to ultra-fine nanocrystals of TiO2(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2007) Kwiatek, Wojciech M.; Lekki, Janusz; Stachura, Zbigniew; Hanson, Albert L.; Ablett, JamesNanocrystalline TiO2 is commonly used in cosmetic industry as a photoprotective agent. With recent advances in nanomaterial processing, the size of TiO2 crystals decreased into the nanometre regime. There is no satisfactory evidence that crystals of such small size are harmless to the human population. An EU project NANODERM has been launched where several techniques have been applied to investigate the possiblity of particle penetration through the protective horny layer into vital skin regions. Skin biopsies of the animal and human skin have been collected after exposition to formulations containing TiO2 nanocrystals. The Ti depth distributions were measured by electron and ion microscopy. The microscopy studies did not detect penetration into vital tissue of healthy skin what does not exclude a possibility that TiO2 could penetrate pathological skin with lowered barrier efficiency. Due to literature the physical effect of the UV irradiation of the TiO2 nanoparticle is the shift from 4th to 3rd oxidation state of the Ti. Titanium at 3rd oxidation state interact with environment producing free radicals and Reactive Oxygen Species. In order to quantify the oxidation state shift, XANES experiments were carried out with commercially available TiO2 nanocrystals (6–100 nm size), both in anatase and rutile phase. The samples were irradiated with X-rays with, and without accompanying UV illumination at the NSLS X27A beam line. The corresponding XANES spectra were registered and the absorption edge was compared in UV–illuminated and not illuminated spectra. A shift of about 1 eV in the absorption edge position of the rutile sample exposed to UVA light (365 nm, 20 mW/cm2) has been measured and attributed to the changed electron configuraion. However, the direction of the shift detected in measured samples was opposite to the expected.Item Zastosowanie metody PIXE do badań procesów akumulacji i przemian związków chemicznych w osadach Zbiornika Dobczyńskiego(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2007) Kwiatek, Wojciech M.; Kubica, Barbara; Dutkiewicz, Erazm; Bartyzel, Mirosław; Gołaś, Janusz; Hajduk, Roman; Pieprzyca, Tomasz; Reczyński, Witold; Sarnecki, C.; Stobiński, Marcin; Szklarz, Zbigniew; Wiltowska-Zuber, JoannaBadania fizykochemiczne mechanizmów akumulacji i procesów przemian toksycznych składników nieorganicznych, organicznych oraz radionuklidów w osadach Dobczyckiego Zbiornika wody pitnej dla miasta Krakowa pozwalają na znaczne poszerzenie możliwości oceny jakości wody w Zbiorniku, ustalenie przyczyn ewentualnych zagrożeń dla środowiska i opracowanie prognoz długoterminowych dotyczących stanu Zbiornika jako ekosystemu. W tym celu zastosowano metodę protonowej fluorescenecji rentgenowskiej – PIXE (Proton Incuded X-ray Emission) pozwalającą na wielopierwiastkową analizę składu. Materiałem badawczym były próbki osadów dennych pobranych z basenu myślenickiego, dobczyckiego i okolic zapory. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono występowanie tendencji wzrostu stężenia Al, K, V, Ti, Mn, Fe, Co, Cu i Zn natomiast dla Cl, Ca, Cr, Se i Pb. Występowanie tendencji spadku stężenia wraz z pierwotnym nurtem rzeki Raby. Istotne zmiany stężeń zaobserwowano również dla osadów położonych w poprzek nurtu.
