Elektrochemické biosenzory založené na netradičních elektrodových materiálech pro detekci poškození DNA a stanovení xenobiotik toto poškození vyvolávajících

• Thesis title in Czech: Elektrochemické biosenzory založené na netradičních elektrodových materiálech pro detekci poškození DNA a stanovení xenobiotik toto poškození vyvolávajících
• Thesis title in English: Electrochemical Biosensors Based on Non-Traditional Electrode Materials for the Detection of DNA Damage and Determination of Xenobiotics Causing This Damage
• Key words: elektrochemické DNA biosenzory, enzymové biosenzory, voltametrie, ampérometrie, elektrochemická impedanční spektroskopie, vsádková injekční analýza, detekce poškození DNA, genotoxická xenobiotika
• English key words: Electrochemical DNA Biosensors, Enzyme Biosensors, Voltammetry, Amperometry, Electrochemical Impedance Spectroscopy, Batch Injection Analysis, DNA Damage Detection, Genotoxic Xenobiotics
• Academic year of topic announcement: 2025/2026
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Analytical Chemistry (31-230)
• Supervisor: prof. RNDr. Vlastimil Vyskočil, Ph.D.
• Advisors: doc. Ing. Alexander Kromka, DrSc.

References

1. Fojta M., Daňhel A., Havran L., Vyskočil V.: Recent Progress in Electrochemical Sensors and Assays for DNA Damage and Repair. TrAC Trends in Analytical Chemistry 2016, 79, 160–167. https://doi.org/10.1016/j.trac.2015.11.018
2. Vyskočil V., Hájková A.: Novel Electrochemical DNA Biosensors as Tools for Investigation and Detection of DNA Damage. In: Bioanalytical Reviews (Ed: Matysik F.-M.), Vol. 6, Springer International Publishing, Cham2016, pp. 203–221 (print ISBN 978-3-319-48483-9, online ISBN 978-3-319-48485-3). https://doi.org/10.1007/11663_2015_5002
3. Vyskočil V., Labuda J., Barek J.: Voltammetric Detection of Damage to DNA Caused by Nitro Derivatives of Fluorene Using an Electrochemical DNA Biosensor. Analytical and Bioanalytical Chemistry 2010, 397, 233–241. https://doi.org/10.1007/s00216-010-3517-y
4. Krejcova Z., Barek J., Vyskocil V.: Voltammetric Determination of Fenitrothion and Study of Its Interaction with DNA at a Mercury Meniscus Modified Silver Solid Amalgam Electrode. Monatshefte für Chemie ­– Chemical Monthly 2016, 147, 135–142. https://doi.org/10.1007/s00706-015-1595-4
5. Hájková A., Barek J., Vyskočil V.: Electrochemical DNA Biosensor for Detection of DNA Damage Induced by Hydroxyl Radicals. Bioelectrochemistry 2017, 116, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2017.02.003
6. Svitková V., Hanzelyová M., Macková H., Blaškovičová J., Vyskočil V., Farkašová D., Labuda J.: Behaviour and Detection of Acridine-Type DNA Intercalators in Urine Using an Electrochemical DNA-Based Biosensor with the Protective Polyvinyl Alcohol Membrane. Journal of Electroanalytical Chemistry 2018, 821, 87–91. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2017.11.028
7. Svitková V., Labuda J., Vyskočil V.: Batch Injection Analysis with Amperometric Detection for DNA Biosensing Applications. Electroanalysis 2019, 31, 2001–2006. https://doi.org/10.1002/elan.201900279
8. Svitková V., Nemčeková K., Vyskočil V.: Application of Silver Solid Amalgam Electrodes in Electrochemical Detection of DNA Damage. Analytical and Bioanalytical Chemistry 2022, 414, 5435–5444. https://doi.org/10.1007/s00216-022-03917-8
9. Augustín M., Pfeifer R., Barek J., Vyskočil V.: Comparison of Two Pyrolytic Graphite Representatives in the Construction of Hybrid Electrochemical DNA Biosensors for Monitoring DNA Damage. Journal of Electroanalytical Chemistry 2022, 908, 116095. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2022.116095
10. Hájková-Strejcová A., Augustín M., Barek J., Iffelsberger C., Matysik F.-M., Vyskočil V.: New Strategy in Electrochemical Investigation of DNA Damage Demonstrated on Genotoxic Derivatives of Fluorene. Journal of Electroanalytical Chemistry 2022, 918, 116430. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2022.116430
11. Svitková V., Vyskočil V.: Electrochemical Behavior of Methylene Blue at Bare and DNA-Modified Silver Solid Amalgam Electrodes. Journal of Solid State Electrochemistry 2022, 26, 2491–2499. https://doi.org/10.1007/s10008-022-05270-3
12. Krejčová-Širlová Z., Barek J., Vyskočil V.: Voltammetric Studies of the Interaction of Genotoxic 2-Nitrofluorene with DNA. Bioelectrochemistry 2023, 149, 108326. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2022.108326

Preliminary scope of work

Projekt bude zaměřen na vývoj nových elektrochemických biosenzorů (s biologickými receptory na bázi DNA či enzymů a s elektrochemickými převodníky zhotovenými z netradičních elektrodových materiálů – zde se jeví jako nejzajímavější alternativa využití intermetalických fází poskytujících pokrytí povrchu substrátové elektrody vodivým filmem či netradičních forem uhlíkových materiálů, jako jsou mikro- a nanokrystalický přírodní grafit, pyrolytický grafit a biogenní formy amorfního uhlíku) pro detekci poškození DNA (testování genotoxicity in vitro) a stanovení submikromolárních koncentrací nízkomolekulárních biologicky aktivních genotoxických organických látek toto poškození vyvolávajících (např. chemické karcinogeny znečišťující pracovní a životní prostředí, protinádorová léčiva či konvenční chemoterapeutika, pesticidy a jiné regulační agrochemikálie). Kromě využití nových konstrukčních přístupů (především při řešení imobilizace převodníkových materiálů, povrchové ochrany použitých bioreceptorů a při miniaturizaci vyvinutých systémů) se také předpokládá optimalizace podmínek detekce i hledání nových detekčních principů (využití nových typů bioreceptorů, nově syntetizovaných redoxních indikátorů, nových způsobů prekoncentrace analytu apod.). Jako charakterizační a detekční elektrochemické techniky budou použity cyklická voltametrie (i vysokorychlostní), diferenční pulzní voltametrie, square wave voltametrie, ampérometrie a elektrochemická impedanční spektroskopie, a to jak v klasickém vsádkovém uspořádání, tak v uspořádání pro vsádkovou injekční analýzu (BIA), které umožňuje vysokorychlostní a vysokokapacitní screeningové analýzy.

Preliminary scope of work in English

The project will focus on the development of new electrochemical biosensors (with biological receptors based on DNA or enzymes and with electrochemical transducers made of non-traditional electrode materials – here the most interesting alternative seems to be the use of intermetallic phases providing the coating of the substrate electrode surface with a conductive film or non-traditional forms of carbon materials, such as micro- and nanocrystalline natural graphite, pyrolytic graphite, and biogenic forms of amorphous carbon) for the detection of DNA damage (in vitro genotoxicity testing) and the determination of submicromolar concentrations of low molecular weight biologically active genotoxic organic substances causing such damage (e.g., chemical carcinogens polluting the work and environment, anticancer drugs or conventional chemotherapeutics, pesticides and other regulatory agrochemicals). In addition to the use of new design approaches (especially in the solution of immobilization of transducer materials, surface protection of used bioreceptors, and miniaturization of developed systems), optimization of detection conditions and search for new detection principles (use of new types of bioreceptors, newly synthesized redox indicators, new methods of analyte preconcentration, etc.) are also expected. Cyclic voltammetry (including high-speed), differential pulse voltammetry, square wave voltammetry, amperometry, and electrochemical impedance spectroscopy will be used as characterization and detection electrochemical techniques, both in a classical batch analysis setup and in a batch injection analysis setup (BIA) that allows high-speed and high-throughput screening analyses.