autoreferat - Wydział Nowych Technologii i Chemii

AUTOREFERAT
(w tym wykaz pozostałych osiągnięć, tj. nagród i wyróżnień, projektów badawczych,
patentów, recenzji, organizacji i udziału w konferencjach, działalności
popularyzatorskiej i dydaktycznej)
Właściwości ciekłokrystaliczne DNA
badane metodami optyki liniowej i nieliniowej
Dr inż. Katarzyna Matczyszyn
Wrocław, 2015
Niniejszy autoreferat przygotowano zgodnie z §3 i §4 rozporządzenia MNiSW z dnia 1.09.2011 w
sprawie kryteriów oceny osiągnięć osoby ubiegającej się o nadanie stopnia doktora habilitowanego
(Dziennik Ustaw Nr 196, Poz. 1165) w obszarze nauk ścisłych.
1
1. Dane osobowe
Imię i nazwisko Katarzyna Matczyszyn
Tytuł naukowy dr inż.
Stanowisko adiunkt
Aktualne miejsce pracy Katedra Inżynierii i Modelowania Materiałów
Zaawansowanych, Wydział Chemiczny, Politechnika Wrocławska, Wyb.
Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Polska
2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe/artystyczne – podaniem nazwy,
miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej.
Doktor nauk chemicznych – 2003r.
Instytut Chemii Fizycznej i Teoretycznej,
Wydział Chemiczny,
Politechnika Wrocławska
Temat pracy doktorskiej : „Izomeryzacja pochodnych azobenzenu w matrycach
ciekłokrystalicznych”
Promotor : Prof. dr hab. Inż. Juliusz Sworakowski
Magister inżynier chemik – 1999r.
Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej,
specjalność Inżynieria Chemiczna i Bioprocesowa
Temat pracy magisterskiej: „Kinetyka reakcji izomeryzacji amfifilowej pochodnej
azobenzenu”
Opiekun : Prof. dr hab. Inż. Juliusz Sworakowski
2
3.
Informacje o dotychczasowym
naukowych/artystycznych
zatrudnieniu
w
jednostkach
Od 01.2015-
adiunkt naukowo-dydaktyczny; Katedra Inżynierii i Modelowania
Materiałów Molekularnych, Wydział Chemiczny, Politechnika
Wrocławska
10.2004 – 12.2014
adiunkt naukowo-dydaktyczny; Zakład Fizyki i Chemii Materiałów
Molekularnych, Instytut Chemii Fizycznej i Teoretycznej, Wydział
Chemiczny, Politechnika Wrocławska
09.2010 – 08.2011
czasowy asystent naukowo-dydaktyczny: attaché temporaire
d'enseignement et de recherche (ATER); Département de Chimie,
Laboratoire de Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et
Macromoléculaires, Ecole Normale Superieure de Cachan, Francja
08.2009 - 10.2009
wizytujący naukowiec; Laser Physics Centre, Australian National
University, Canberra, Australia
02.2005 - 01.2006
zaproszony naukowiec; Laboratoire de Chimie des Polyméres,
Université Pierre et Marie Curie Paris 6, Paryż , Francja
07.2005 - 09.2005
zaproszony wykładowca; Thammasat University, Bangkok, Tajlandia
05.2004 – 04.2005
staż podoktorski; Laboratoire Cellules et Composants, Commisariat a
l’Energie Atomique, Saclay, Francja
02.2004 - 04.2004
staż podoktorski; Grupo de Investigación de Cristales Líquidos (CLIQ) w
Universidad Politécnica de Madrid, Madryd, Hiszpania
10.2003–09.2004
asystent naukowo-dydaktyczny; Zakład Fizyki i Chemii Materiałów
Molekularnych, Instytut Chemii Fizycznej i Teoretycznej, Wydział
Chemiczny, Politechnika Wrocławska
4. Przebieg dotychczasowej pracy naukowej.
4.1. Działalność naukowa przed uzyskaniem stopnia doktora
Pracę naukową rozpoczęłam jako studentka drugiego roku pięcioletnich studiów
magisterskich na kierunku Inżynieria Chemiczna i Bioprocesowa Wydziału Chemicznego
Politechniki Wrocławskiej. Pierwszą pracę badawczą, na temat spektroskopii związków
fotochromowych, wykonywałam w Zakładzie Fizyki i Chemii Materiałów Molekularnych
Instytutu Chemii Fizycznej i Teoretycznej pod kierunkiem dr hab. Krystyny Palewskiej.
3
Poznałam wtedy podstawy spektroskopii absorpcyjnej i fluorescencyjnej, sposoby pomiarów
i analizy kinetyki reakcji fotochromowych. Na czwartym roku studiów zakwalifikowałam się
do programu stypendialnego TEMPUS, dzięki któremu mogłam studiować zagranicą. Za radą
prof. Juliusza Sworakowskiego wybrałam Kingston University w Londynie i studia w School of
Applied Chemistry na kierunku Environmental Chemistry. W Kingston University nie tylko
uczestniczyłam w wykładach i seminariach, ale również realizowałam pracę badawczą w
School of Applied Chemistry pod kierunkiem prof. J.P.S. Foot’a. Jej tematem była synteza i
charakterystyka nieorganicznych ciekłych kryształów składających się z uwodnionego tlenku
wanadu V2O5. Samodzielna praca w laboratorium syntetycznym oraz przy charakteryzacji faz
ciekłokrystalicznych (pomiary rentgenograficzne SAX, obserwacje mikroskopowe,
manipulacja fazami z wykorzystaniem silnych pól magnetycznych) spowodowały, że
zainteresowałam się związkami posiadającymi mezofazy. Po powrocie na Politechnikę
Wrocławską wykonałam pracę magisterską zatytułowaną „Pomiary kinetyki amfifilowych
pochodnych azobenzenu”, a część uzyskanych przy jej realizacji wyników została
wykorzystana w ramach grantu KBN prof. J. Sworakowskiego. Wyniki mojej pracy naukowej
miałam okazję prezentować na krajowej (Kryształy Molekularne) i międzynarodowej
(Electrical and Related Properties of Organic Solids - ERPOS) konferencjach naukowych.
Zostały one również opublikowane w czasopiśmie naukowym Molecular Physics Reports (K.
Matczyszyn, K. Palewska, J. Sworakowski, Spectroscopic study of the kinetics of cis-trans
isomerisation of an amphiphilic photochromic azobenzene derivative., Mol. Phys. Rep. 25 8692 (1999) ).
W czasie przygotowywania pracy magisterskiej Prof. J. Sworakowski zaproponował mi
realizację pracy doktorskiej w swoim zespole. W wyborze tematu pracy doktorskiej
„Izomeryzacja pochodnych azobenzenu w matrycach ciekłokrystalicznych ” ważne było moje
doświadczenie w badaniach ciekłych kryształów zdobyte w Kingston University w grupie
prof. Foot’a i w charakteryzacji związków fotochromowych uzyskane na Politechnice
Wrocławskiej w grupie prof. Sworakowskiego.
Celem mojej pracy doktorskiej było poszukiwanie i badanie nowych materiałów, które
mogłyby efektywniej i szybciej przetwarzać informacje. Mając na uwadze, że fotony to
najszybsze nośniki informacji wydaje się, że dalszy rozwój technologii informatycznych
związany będzie z jeszcze lepszym zrozumieniem odziaływania światła z materią oraz
wytworzeniem nowych materiałów dla fotoniki. Dzięki wykorzystaniu wiedzy na temat
reakcji fotochemicznych i odziaływań fotofizycznych możemy modelować i konstruować
nowoczesne elementy optyczne. Jednym z rodzajów takich materiałów są tak zwane
przełączniki molekularne, do których zaliczamy cząsteczki fotochromowe. Związki
fotochromowe umieszczone w matrycy ciekłokrystalicznej lub polimerowej mogą służyć jako
nowoczesne materiały dla fotoniki. Takie układy są badane ze względu na ich wykorzystanie
do przechowywania informacji jak i możliwości wykorzystania w dynamicznym
przetwarzaniu informacji. Do konstrukcji efektywnych urządzeń niezbędna jest wiedza na
temat zachowania cząsteczek fotochromowych znajdujących się w odpowiednich matrycach
4
pod wpływem światła: szybkość odpowiedzi na naświetlanie, kinetyka reakcji
fotochromowej, odwracalność procesu fotoizomeryzacji, wpływ cząsteczki na matrycę i
matrycy na domieszkowaną cząsteczkę. W ramach mojej pracy doktorskiej badałam układy
składające się z jednego z nematycznych ciekłych kryształów – pentylocyjanobifenylu (5CB),
heksylocyjanobifenylu (6CB) lub 4-trans-4’-heksylcykloheksylisotiocyjanianobenzenu
(6CHBT), oraz krótkich, głównie halogenkowych, pochodnych azobenzenu podstawionych w
pozycji para (4-fluoro-4’-metoksyazobenzen (FMAB), 4-chloro-4’-metoksyazobenzen, 4-jodo4’-metoksyazobenzen,
4-amino-4’-nitroazobenzenu
….).
Pochodne
azobenzenu
charakteryzują się możliwością odwracalnej izomeryzacji trans-cis i cis-trans pod wpływem
naświetlania promieniowaniem elektromagnetycznym o odpowiedniej długości fali.
Przemiana cząsteczki z jednej formy w drugą wiąże się z dużą zmianą w widmie absorpcji
dzięki czemu możliwe jest śledzenie kinetyki reakcji. Reakcja fotochromowa skutkuje zmianą
geometrii cząsteczki – forma trans jest podłużna, po naświetleniu zmienia się w skręconą
formę cis. Ta zmiana kształtu azobenzenu domieszkowanego do matrycy ciekłokrystalicznej
nie mogła być bez znaczenia dla uporządkowania cząsteczek ciekłego kryształu. Celem pracy
było szczegółowe zbadanie takich układów i próba wykorzystania ich do efektywnego zapisu
informacji optycznej.
Pochodne azobenzenu w termicznej reakcji cis-trans zachodzącej w matrycy
ciekłokrystalicznej charakteryzowały się energiami aktywacji izomeryzacji niższymi niż w
konwencjonalnych rozpuszczalnikach. Dla pochodnej FMAB rozpuszczonej w 5CB, 6CB i
6CHBT energie aktywacji wynosiły ok. 90 kJ/mol czyli około 10% mniej niż dla tej samej
cząsteczki rozpuszczonej w heptanie czy w chloroformie. Stałe szybkości fotoizomeryzacji
trans-cis wynosiły (71)10-3 s-1 dla FMAB w 5CB, (31)10-3 s-1 w 6CB i (32)10-3 s-1 w
6CHBT przy 1.11013 fotonów padających na próbkę i były to wartości wyższe w porównaniu
do wartości stałych szybkości uzyskanych w roztworach konwencjonalnych
rozpuszczalników. Różnice między matrycami ciekłokrystalicznymi nie były znaczące.
Wprowadzenie ciekłokrystalicznej mieszanki bifenyli (E7) skutkowało obniżeniem energii
aktywacji reakcji do 80 kJ/mol czyli o 20% w stosunku do roztworów konwencjonalnych.
Stała szybkości fotoizomeryzacji trans-cis wyniosła (41)10-3 s-1 przy 2.11015 fotonów na
sekundę . Otrzymane wyniki potwierdziły wpływ matrycy na kinetykę reakcji izomeryzacji
pochodnych azobenzenu. Fotoizomeryzacja trans-cis jest wolniejsza w ciekłych kryształach
niż w konwencjonalnych rozpuszczalnikach z powodu uporządkowania ciekłokrystalicznego:
cząsteczki ciekłego kryształu mają tendencję do utrzymania uporządkowania co powoduje,
że zmiana geometrii cząsteczki azobenzenu z podłużnej na skręconą jest trudniejsza ze
względu na przeszkody steryczne w postaci uporządkowanych cząsteczek nematyka.
Podobne wyjaśnienie zaproponowałam dla wytłumaczenia niższych energii aktywacji
otrzymanych dla izomeryzacji termicznych w ciekłych kryształach. W czasie izomeryzacji cistrans, cząsteczki ciekłego kryształu dążą do uporządkowania i pośrednio przyspieszają
izomeryzację z formy cis (nie pasującej do matrycy) do formy trans (podobnej w kształcie do
cząsteczek nematyka) i poprawiają porządek w ciekłym krysztale. Cząsteczki pochodnych
5
azobenzenu w formie trans są bardziej stabilne w matrycy ciekłokrystalicznej. Uzyskane
wyniki pomiarów kinetyki izomeryzacji różnych pochodnych w roztworach
konwencjonalnych rozpuszczalników i w matrycach ciekłokrystalicznych pozwoliły na
wybranie najefektywniejszego układu do dalszych badań. Wyniki przedstawiono w pracach:
K. Janus, K. Matczyszyn, J. Sworakowski, J. F. Biernat, Z. Galewski, Kinetics of photochromic
reactions of substituted azobenzenes in solutions, and in liquid crystalline and polymer
matrices., Mol. Cryst. Liq. Cryst 361 143-148 (2001), K. Matczyszyn, W. Bartkowiak, J.
Leszczynski, Influence of the environment on kinetics and electronic structure of asymmetric
azobenzene derivatives - experiment and quantum-chemical calculations., J. Mol. Struct. 565566 53-57 (2001),
K. Janus, K. Matczyszyn, J. Sworakowski, Kinetics of Photochemical
Processes in Photochromic Azobenzene Derivatives. Effect of Matrix and of the Phase
Stability, Mat. Science 20 45-55 (2002)
Prócz pomiarów spektroskopowych prowadziłam również obserwacje mikroskopowe
fotoindukowanych przemian fazowych. Przeprowadziłam szereg pomiarów przemian
fazowych wywoływanych światłem przy zmiennych parametrach zewnętrznych
(temperatura, intensywność padającego światła) co pozwoliło na zaproponowanie modelu
fotoindukowanej przemiany fazowej w nematycznym układzie ciekłokrystalicznym
domieszkowanym pochodną azobenzenu (K. Matczyszyn, J. Sworakowski, Phase change in
azobenzene derivative-doped liquid crystal controlled by the photochromic reaction of the
dye, Journal of Physical Chemistry B 107 6039-6045 (2003)).
Efektem lepszego dopasowania cząsteczek trans pochodnej azobenzenu do cząsteczek
nematyka możemy również wytłumaczyć zjawisko fotoindukowanej przemiany fazowej
wywołanej reakcją fotochromową domieszki. W układzie złożonym z nematycznego ciekłego
kryształu i niskiego (do 2%) stężenia pochodnej azobenzenu możemy wywołać przemianę w
temperaturach znacząco niższych od termodynamicznych temperatur przemian fazowych.
Reakcja izomeryzacji trans-cis powoduje przemianę fazową nematyk - faza izotropowa,
podczas gdy reakcja cis-trans wywołuje przemianę z fazy izotropowej do nematycznej.
Przemiany te związane są z różną rozpuszczalnością dwóch izomerów w fazie nematycznej :
izomer trans, ze względu na swój podłużny kształt, niejako pasujący do cząsteczki ciekłego
kryształu, rozpuszcza się bardzo dobrze w zakresie stężeń wykorzystywanych
w
doświadczeniach (do 2%) podczas gdy już niewielka ilość izomeru cis skutkuje separacją faz a
w konsekwencji pojawieniem się fazy izotropowej w układzie. Proces ten został opisany przy
pomocy diagramu fazowego.
Zostały podjęte próby zastosowań badanych układów do przetwarzania informacji optycznej.
Komórki ciekłokrystaliczne zbudowane z ciekłego kryształu i pochodnej azobenzenu były
wykorzystane do zapisu informacji optycznej. Pomiary holograficzne wykazały, że panele
ciekłokrystaliczne składające się z FMAB i 5CB mogą być z powodzeniem wykorzystane :
wydajność dyfrakcji wyniosła 6% a modulacja współczynnika refrakcji 510-3 co jest bardzo
dobrym wynikiem dla materiałów fotorefrakcyjnych. (K. Matczyszyn, S. Bartkiewicz, B.
6
Sahraoui, Study of Azobenzene - Doped Liquid Crystal System, Optical Materials 20 57-61
(2002))
Eksperymenty prowadzące do otrzymania fotochromowej powierzchni sterującej z 4-amino4’-nitroazobenzenu (DO) przyłączonej do łańcucha polimerowego przez proste naniesienie
warstwy na powierzchnię szkła metodą wirowania (spin-coating) również dały bardzo
ciekawe wyniki. Powierzchnia sterująca kierowała ułożeniem cząsteczek ciekłego kryształu.
Pochodna azobenzenu pod wypływem naświetlania zmieniała ułożenie w kierunku ciekłego
kryształu implikując zmianę uporządkowania przy warstwie. Dla komórek holograficznych
złożonych z pochodnej DO i mieszanki bifenyli E7 modulacja współczynnika załamania
wyniosła 710-3 a period modulacji 5 µm. Duża zmiana współczynnika refrakcji i dobra
rozdzielczość układu pozwalają stwierdzić, że jest to bardzo wydajny układ do przetwarzania
informacji optycznej (S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, J. Myśliwiec, O. Yaroshchuk, LC
alignement controlled by photoordering and photorefraction in a command substrate, Mol.
Cryst. Liq. Cryst. (412), 869-880 (2004))
Podsumowując, w pracy doktorskiej opisałam serie eksperymentów wykonanych w
roztworach pochodnych azobenzenów w konwencjonalnych rozpuszczalnikach a także w
matrycach ciekłokrystalicznych. Charakteryzowałam parametry podstawowe badanych
układów (pomiary spektroskopowe kinetyk reakcji izomeryzacji trans-cis i cis-trans,
solwatochromia), zaobserwowałam i opisałam ciekawe zjawisko fotoindukowanej przemiany
fazowej
(obserwacje mikroskopowe) a także przedstawiłam zastosowanie badanych
układów (pomiary holograficzne wydajności zapisu informacji). Jednym z najważniejszych
wyników otrzymanych w czasie mojej pracy doktorskiej był model odwracalnej
fotoindukowanej przemiany fazowej wywołanej reakcją fotochromową w matrycy
ciekłokrystalicznej oparty o zmianę rozpuszczalności izomerów w matrycy.
W trakcie realizacji doktoratu przebywałam na pięciu kilkutygodniowych stażach naukowych
we Francji. Korzystając z finansowania poprzez francuską agencję badawczą Egide miałam
okazję pracować w Commissariat à l'énergie atomique - CEA w Saclay w laboratorium prof. F.
Kajzara, gdzie badałam optyczne właściwości nieliniowe w układzie ciekły kryształ – polimer
fotoprzewodzący (S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, A. Miniewicz, F. Kajzar, High gain of light in
photoconducting polymer-nematic liquid crystal hybrid structures., Opt. Commun. 187 257261 (2001)).
W ramach współpracy prof. A. Miniewicza finansowanej przez grant Polonium oraz na
zaproszenie prof. B. Sahraoui mogłam również pracować w Laboratoire des propriétés
optiques des matériaux et application - POMA w Université d’Angers. W laboratorium POMA
miałam okazję charakteryzować układy składające się z ciekłych kryształów
domieszkowanych barwnikami lub fulerenami dla zastosowań w holografii dynamicznej i
bliżej zaznajomić się z technikami pomiarowymi trzeciorzędowych nieliniowych właściwości
materiałów (S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, J. Myśliwiec, A. Miniewicz, B. Sahraoui, C.
Martineau, P. Blanchard, P. Frere, J. Roncali, F. Kajzar, Liquid crystal panel with dye doped
7
PVK layer for real time holography process, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 374 85-90 (2001); B.
Sahraoui, I. Fuks-Janczarek, S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, J. Myśliwiec, J. Berdowski, E.
Allard, J. Cousseau, Enhancement of Third-order Susceptibility of C60-TTF Compounds Using
Nematic Liquid Crystal, Chem. Phys. Lett. 365 327-332 (2002))
W czasie studiów doktoranckich wzięłam udział w 13 konferencjach naukowych m.in.
International Conference on Electrical Properties of Materials: ICEPOM-3, Charków, Ukraina
2000; European Congress of Molecular Spectroscopy: EUCMOS XXV, Coimbra, Portugalia,
2000; Nonlinear Optical Materials and Applications: NOMA V, Cetraro, Włochy 2001;
Electrical and Related Properties of Organic Solids: ERPOS Praga, Czechy, 2002; International
Conference on Frontiers in Polymers and Advanced Materials: ICFPAM 7, Bukareszt,
Rumunia 2003. W 2000 roku miałam szansę wziąć czynny udział w konferencji
zorganizowanej w ramach “Expo 2000” w Hanowerze. Zostałam również zaproszona do
udziału w szkole letniej “Frontiers in Nanoscience and Nanotechnology”w Kopenhadze w
2002.
Prowadziłam wykłady popularno-naukowe w ramach Dolnośląskiego Festiwalu Nauki
„Trochę o (wś)ciekłych kryształach” w 2003 roku.
W 2002 roku otrzymałam dwuletni grant promotorski KBN „Fotoindukowane przemiany
fazowe”, którego realizacja została oceniona na wyróżniającą.
W 2003 roku otrzymałam stypendium START Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej dla młodych
naukowców.
11 września 2003 roku, po przedstawieniu rozprawy doktorskiej o tytule „Izomeryzacja
pochodnych azobenzenu w matrycach ciekłokrystalicznych”, decyzją Rady Naukowej
Instytutu Chemii Fizycznej i Teoretycznej Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej
uzyskałam stopień doktora nauk chemicznych.
4.2. Działalność naukowa po uzyskaniu stopnia doktora
W październiku 2003 roku wygrałam konkurs na stanowisko asystenta naukowodydaktycznego na Wydziale Chemicznym Politechniki Wrocławskiej i rozpoczęłam pracę. W
lutym 2004 roku wyjechałam na pierwszy krótki staż podoktorski do grupy Cristales Líquidos
(CLIQ) prof. Jose Manuela Otona Sancheza w Universidad Politécnica de Madrid w Hiszpanii.
Brałam udział w badaniach nowych antyferroelektrycznych ciekłych kryształów w ramach
projektu europejskiego SAMPA. Materiały te miały znaleźć zastosowanie w nowych
wyświetlaczach ciekłokrystalicznych w hełmach strażackich. Pracowałam w „czystym”
laboratorium (clean room) nad przygotowaniem nowych komórek ciekłokrystalicznych z
warstwami sterującymi ułożeniem cząsteczek ciekłego kryształu. Nauczyłam się
konstruowania wyświetlaczy ciekłokrystalicznych. W czasie stażu wymyśliłam nową metodę
napełniania antyferroelektrycznych komórek ciekłokrystalicznych co przyczyniło się do
poprawy kontrastu w prototypie wyświetlacza. W czasie napełniania komórek w fazie
8
izotropowej zmieniłam szybkość zmiany temperatury oraz przykładałam napięcie, które w
kluczowym momencie pomagało w uporządkowaniu układu. Wyniki prezentowałam na
spotkaniu projektu SAMPA w Rzymie oraz na międzynarodowej konferencji
ciekłokrystalicznej w Ljubljanie. Początkowo staż miał trwać tylko miesiąc, ale w związku z
bardzo ciekawymi wynikami mój pobyt w Madrycie przedłużył się do 2,5 miesiąca. Moja
praca zyskała uznanie przełożonych, którzy zaproponowali mi stałą pracę i udział w konkursie
Juan de la Cierva. W tym hiszpańskim konkursie Ministerstwa Edukacji i Badań Naukowych
biorą udział kandydaci z całej Europy (co roku kilkuset), przyznawane jest 6-7 stypendiów.
Zostałam laureatką tego konkursu, ale nie przyjęłam propozycji pracy. W maju 2004 roku
rozpoczęłam roczny staż podoktorski w CEA Saclay w Laboratoire cellules et composants pod
opieką dr Celine Fiorini i prof. Francois Kajzara. Tematem mojego projektu była
nanostrukturyzacja polimerów organicznych. Pracowałam z polimerami fotochromowymi
(głównie azobenzenowymi) nad optymalizacją przygotowania cienkich warstw (metodą
wirowania: spin-coating, zanurzania: dip-coating, naparowywania) i zapisu siatek
holograficznych tak by uzyskać jak najmniejszy period siatki i jak największą amplitudę. By
poprawić wydajność zapisu siatek w układzie mieszania dwóch fal wprowadziłam do układu
zewnętrzne oświetlenie, które wspomagało reakcję izomeryzacji (zwiększało liczbę cykli
izomeryzacji trans-cis i cis-trans) a tym samym poprawiało transport materiału w obrębie
próbki, co przyczyniło się do uzyskania bardzo wydajnych siatek. Wyniki prezentowałam
m.in. na konferencji Photonics West w San Jose w USA i zostały one opublikowane w
czasopiśmie SPIE ( L. Rocha, C. Fiorini, K. Matczyszyn, P. Raimond, J. Nunzi, Investigation of
the patterning efficiency in a new azo-dye copolymer under UV irradiation toward photonic
applications, Proc. SPIE 6988 (69881Z), (2008)). W czasie tego stażu brałam również udział w
pomiarach czasów przelotu ładunków w próbkach ciekłokrystalicznych. Zaangażowanie w
ten projekt zaowocowało współpracą z grupą prof. Andre-Jean Attiasa z Laboratoire de
chimie des polymères z Université Pierre et Marie Curie w Paryżu i zaproszeniem na kolejny
staż naukowy. W ramach współpracy z dr Jean-Louis Fave z Institute des NanoSciences de
Paris uczestniczyłam w budowie nowego układu do pomiarów czasu przelotu ładunku w
układach ciekłokrystalicznych. Jest to jeden z nielicznych tego typu układów na świecie do
charakteryzacji ciekłych kryształów do zastosowań w elektronice molekularnej. W efekcie tej
współpracy zrealizowano dwie wspólne prace magisterskie, których byłam opiekunem ( dr J.
Tomczyk, dr P. Ślęczkowski ), oraz jedną pracę doktorską w polsko-francuskim systemie cotutelle (dr L. Mazur), opublikowano 3 prace naukowe. Badania dotyczyły pomiarów
transportu
ładunków
w
nowych
półprzewodnikowych
ciekłokrystalicznych
samoorganizujących się materiałach polimerowych. Charakterystyka ruchliwości ładunków w
półprzewodnikach organicznych jest kluczowa dla badań tych materiałów i ich ewentualnych
zastosowań w optoelektronice i/lub elektronice molekularnej jako warstwy aktywne.
Technika pomiaru czasu przelotu jest metodą szczególnie pomocną w charakteryzacji
właściwości elektronicznych materiałów mezomorficznych, które pomimo mniejszej
ruchliwości ładunków niż w kryształach charakteryzują się stosunkowo niskim kosztem
syntezy i możliwością samonaprawy (self-healing). W bezpośredniej technice pomiarowej
9
czasu przelotu materiał umieszczony jest pomiędzy dwiema elektrodami i próbka jest
oświetlana impulsami laserowymi (mocno absorbowanymi). W pobliżu półprzezroczystej
elektrody tworzą się pary elektron-dziura. Zastosowanie zewnętrznego pola elektrycznego
pozwala na separację ładunków i pomiar czasu przelotu pomiędzy elektrodami i stąd
możliwość wyznaczenia ruchliwości ładunków w materiale. Należy mieć na uwadze, że
metoda ta pozwala na i) pomiar ruchliwości dwóch rodzajów ładunków (dziury/elektrony) w
zależności od kierunku przyłożonego pola i ii) rejestrowanie ruchliwości w funkcji
temperatury w sekwencji występujących faz ciekłokrystalicznych badanego materiału
(kryształ/mezofazy/ciecz izotropowa). W ramach tego projektu wykonaliśmy pomiary dwóch
rodzajów na oryginalnych materiałach ciekłokrystalicznych posiadających fazy lamellokolumnowe : 1) w konfiguracji klasycznej typu «sandwich» 2) w konfiguracji planarnej typu
tranzystor. 1) w konfiguracji klasycznej «sandwich» polimery mezomorficzne są badane
między dwiema płytkami ITO, oddzielonymi folią kalibracyjną ; materiał jest wprowadzany w
fazie izotropowej, w odpowiedniej temperaturze by uzyskać pożądaną orientację cząsteczek
ciekłego kryształu (ułożenie kolumnowe prostopadłe do elektrod). Orientacja ta była
potwierdzona obserwacjami mikroskopowymi w świetle spolaryzowanym. Pomiary czasów
przelotu pozwoliły na otrzymanie wartości ruchliwości ładunków wzdłuż kolumn
uporządkowanych w ciekłym krysztale i np. dla pochodnej trifenylenu wyniosła =0,12 cm2V1 -1
s ; 2) Konfiguracja typu tranzystora wymaga więcej przygotowań, gdyż konieczne jest
przeprowadzenie mikrolitografii w czystym laboratorium, ale ma zaletę zbliżenia się do
konfiguracji stosowanych w praktycznych urządzeniach. Kluczowym czynnikiem w
przygotowaniu próbki planarnej jest przygotowanie przezroczystego podłoża posiadającego
dwie odseparowane elektrody i warstwy metalicznej (maski) oddzielonej o 1 do 5 mikronów
definiującej obszar oświetlenia (fotogeneracja ładunków). Mimo, że pole elektryczne może
być nie tak jednorodne jak w przypadku konfiguracji «sandwich» taka organizacja ma dwie
zalety: minimalizację pojemności komórki i pozbycie się problemu konieczności absorpcji
światła. Wyniki badań pomiaru ruchliwości ładunków zrealizowane w konfiguracji typu
tranzystor zostały porównane z wartościami ruchliwości wyznaczonymi z charakterystyki
prądowo-napięciowej I(V). Celem projektu były i) pomiary ruchliwości w warunkach
zbliżonych do ich sposobu wykorzystania w ewentualnych urządzeniach ; ii) wyprowadzenie
modelu transportu w nanostrukturach ambipolarnych a w szczególności ewentualna rola
rekombinacji nośników ładunków; iii) pomiary parametrów elektrycznych (bariery iniekcji
ładunków) na układach modelowych.
W 2008 roku zostałam członkiem (senior member) zespołu prof. M. Samocia, który otrzymał
prestiżowy grant WELCOME Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej i zaprosił mnie do współpracy.
W ramach tego projektu zajmowałam się m.in. pomiarami nieliniowości optycznej cząsteczek
organicznych, interkalatorów DNA oraz nanocząstek złota przy użyciu techniki z-scan. Tę
metodę pomiarową poznałam przebywając w okresie 08-10.2009 roku na stażu naukowym
w Laser Physics Centre w Australian National University - ANU w Canberze w Australii. W
czasie pracy w ANU uczestniczyłam w konstruowaniu układu z-scan z wykorzystaniem
impulsowego lasera nanosekundowego. Brałam także udział w pomiarach nieliniowości
10
szeregu cząsteczek organicznych i metaloorganicznych z wykorzystaniem układu z-scan z
laserem femtosekundowym. Po powrocie ze stażu, wraz z innymi członkami zespołu prof.
Samocia, aktywnie uczestniczyłam w skonstruowaniu podobnego układu na Wydziale
Chemicznym Politechniki Wrocławskiej. Jest to układ pomiarowy unikatowy w skali Polski i
jeden z nielicznych na świecie. Jego centralną częścią jest impulsowy femtosekundowy
system laserowy przestrajalny w zakresie 470-2500 nm, dzięki czemu możliwe są pomiary w
szerokim zakresie spektralnym i wyznaczanie kompletnych widm wielofotonowych. Wiązka
lasera jest skupiana na próbce i mierzona jest odpowiedź nieliniowa materiału (nieliniowy
współczynnik refrakcji oraz efektywny współczynnik wielofotonowej absorpcji). Próbka
przemieszcza się w kontrolowany sposób na stoliku przesuwnym od położenia w którym
wiązka lasera jest nieskupiona, poprzez ognisko wiązki i w tym czasie wykonywany jest
pomiar transmitancji próbki w układach tzw. zamkniętej i otwartej apertury.
W latach 2010-2011 roku pracowałam w francuskiej uczelni Ecole Normale Superieure de
Cachan jako asystent naukowo-dydaktyczny (ATER) prowadząc zajęcia dydaktyczne dla
wybranej grupy studentów (agrégation de science physiques; agrégation de chimie), jak
również wykonując badania nanocząstek fotochromowych przy użyciu fluorescencyjnego
mikroskopu dwufotonowego z kontrolą polaryzacji światła. Uczestniczyłam w projekcie
finansowanym przez francuską agencję badawczą ANR PNano prowadzonym przez prof.
Keitaro Nakataniego. W 2012 roku byłam naukowcem wizytującym Institute des
NanoSciences de Paris w Université Pierre et Marie Curie w Paryżu, gdzie w ramach projektu
europejskiego Nanotwinning przygotowywałam metamateriały zbudowane z nanocząstek
uporządkowanych przy użyciu matrycy ciekłokrystalicznej.
5. Wskazanie osiągnięcia naukowego wynikającego z art.16 ust.2 ustawy z dn.
14.03.2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i
tytule w zakresie sztuki (Dz.U. nr 65, poz.595 ze zm.):
Właściwości ciekłokrystaliczne DNA badane metodami optyki liniowej i nieliniowej.
5.1. Tytuł osiągnięcia naukowego/artystycznego:
Cykl publikacji na temat materiałów dla badań ciekłokrystalicznego DNA przy użyciu
liniowych i nieliniowych efektów optycznych.
11
5.2. Autor/autorzy, tytuł/tytuły publikacji, rok wydania, nazwa wydawnictwa:
LP
Autorzy, tytuł pracy, nazwa czasopisma, wolumen, Impact
Impact
strony, rok
Factor
Factor
w
roku 2014
publikacji
H1
J. Olesiak, K. Matczyszyn, H. Mojzisova, M.
Zielinski, D. Chauvat, J. Zyss, Liquid crystalline
phases in DNA and dye-doped DNA solutions
analyzed by polarized linear and nonlinear
microscopy
and
differential
scanning
calorimetry, Materials Science - Poland 27 (3),
813 (2009)
H. Mojzisova, J. Olesiak, M. Zielinski,
K. Matczyszyn, D. Chauvat, J. Zyss, Polarization
sensitive two-photon microscopy study of the
organization of liquid crystalline DNA,
Biophysical Journal 97 (8), 2348-2357 (2009);
J. Olesiak-Bańska, H. Mojzisova, D. Chauvat, M.
Zielinski, K. Matczyszyn, P. Tauc, J. Zyss, Liquid
crystal phases of DNA: evaluation of DNA
organization by two-photon fluorescence
microscopy
and
polarization
analysis,
Biopolymers 95, 365-375 (2011)
P. Hańczyc, K. Matczyszyn, K. Pawlik, J. OlesiakBańska, H. Leh, M. Buckle, Spontaneous
formation of liquid crystalline phases and phase
transition in highly concentrated plasmid DNA,
Liquid Crystals 38 (4), 461–468 (2011)
J. Olesiak-Bańska, M. Gordel, R. Kołkowski, K.
Matczyszyn, M. Samoć, Third-Order Nonlinear
Optical Properties of Colloidal Gold Nanorods,
Journal of Physical Chemistry C 116,
13731−13737 (2012)
J. Olesiak-Bańska, M. Gordel, K. Matczyszyn, V.
Shynkar, J. Zyss, M. Samoć, Gold nanorods as
multifunctional probes in liquid crystalline DNA
matrix, Nanoscale 5 (22), 10975 - 10981 (2013)
J. Olesiak-Bańska, K. Matczyszyn, R. Zaleśny, N.
A. Murugan, J. Kongsted, H. Agren, W.
Bartkowiak, M. Samoć, Revealing Spectral
Features in the Two-Photon Absorption
Spectrum of the Hoechst 33342 dye: A Combined
Experimental and Quantum-Chemical Study,
Journal of Physical Chemistry B 117, 12013–
12019 (2013)
H2
H3
H4
H5
H6
H7
Liczba
cytowań
(wg
Scopus)
0.500
0.507
6
3.668
3.972
19
2.870
2.385
7
1.959
2.486
3
4.814
4.772
28
6.739
7.394
4
3.377
3.302
10
12
H8
H9
H10
H11
H12
H13
H14
H15
K. Matczyszyn*, J. Olesiak-Bańska, DNA as
scaffolding for nanophotonic structures, Journal
of Nanophotonics 6 064505 (2012)
K. Matczyszyn*, J. Olesiak-Bańska, K. Nakatani,
P. Yu, N. A. Murugan, R. Zaleśny, A.
Roztoczyńska, J. Bednarska, W. Bartkowiak, J.
Kongsted, H. Agren, M. Samoć, One- and TwoPhoton Absorption of a Spiropyran/Merocyanine
System: Experimental and Theoretical Studies,
Journal of Physical Chemistry B 119 (4), 1515–
1522 (2015)
J. Olesiak-Bańska, P. Hańczyc, K. Matczyszyn, B.
Norden, M. Samoć, Nonlinear absorption
spectra of ethidium and ethidium homodimer,
Chemical Physics 404 33–35 (2012)
M. Gordel, J. Olesiak-Bańska, K. Matczyszyn*,
C. Nogues, M. Buckle, M. Samoć, Post-synthesis
reshaping of gold nanorods using a femtosecond
laser, Physical Chemistry Chemical Physics 16,
71-78 (2014)
A. Delplanque, D. Wawrzyńczyk, P. Jaworski,
K. Matczyszyn*, K. Pawlik, M. Buckle, M. Nyk, C.
Nogues, M. Samoć, DNA base pair resolution
measurements using resonance energy transfer
efficiency in lanthanide doped nanoparticles,
PLOS One 10 (3), e0117277 (2015)
M. Deiana, K. Matczyszyn*, J. Massin, J. OlesiakBańska, C. Andraud, M. Samoć, Interactions of
Isophorone Derivatives with DNA: Spectroscopic
Studies, PLOS One 10 (6), e0129817 (2015)
M. Klekotko, K. Matczyszyn*, J. Siednienko, J.
Olesiak-Bańska, K. Pawlik, M. Samoć, Biomediated synthesis, characterization and
cytotoxicity of gold nanoparticles, Physical
Chemistry Chemical Physics 17, 29014 - 29019
(2015)
M. Deiana, B. Mettra, K. Matczyszyn*, K. Piela,
D. Pitrat, J. Olesiak-Bańska, C. Monnereau, C.
Andraud, M. Samoć, Interactions of a
biocompatible
water-soluble
anthracenyl
polymer derivative with double-stranded DNA,
Physical Chemistry Chemical Physics 17, 3031830327 (2015)
1.644
1.686
12
3.302
3.302
3
1.957
1.652
6
4.198
4.493
14
3.234
3.234
1
3.234
3.234
2
4.493
4.493
0
4.493
4.493
0
*publikacje, w których byłam autorem korespondującym
13
Podsumowanie dorobku naukowego (wskaźniki bibliograficzne):
Liczba publikacji w czasopismach z listy filadelfijskiej :
W tym przed uzyskaniem stopnia doktora:
Po uzyskaniu stopnia doktora:
Sumaryczny Impact factor wszystkich publikacji (wg. Journal Citation Reports)
Sumaryczny Impact factor do habilitacji (wg. Journal Citation Reports)
Index Hirscha H (wg. Web of Science) :
Index Hirscha H (wg. Scopus) :
Liczba cytowań artykułów (wg. Web of Science) :
Liczba cytowań artykułów (wg. Scopus) :
Liczba cytowań artykułów bez samocytowań (wg. Web of Science) :
Liczba cytowań artykułów bez samocytowań (wg. Scopus):
48
8
40
124.6
51.4
11
12
374
416
308
267
Biorąc pod uwagę stosowaną przeze mnie metodologię badań, przedstawione prace wpisują
się w dziedzinę inżynierii materiałowej, zawierają jednak ważne elementy chemii fizycznej,
fizyki i biologii, co podkreśla ich interdyscyplinarność.
Tematem centralnym moich zainteresowań naukowych jest oddziaływanie światła z materią
– od badań podstawowych po aplikacje. Szczegółowe tematy, które rozwijałam skupiają się
na materiałach o zastosowaniu w fotonice i/lub optoelektronice takich jak ciekłokrystaliczne
DNA, cząsteczki oddziałujące z DNA, cząsteczki organiczne o ciekawych właściwościach
nieliniowych, nanocząstki plazmoniczne. Większość badanych przeze mnie struktur ma
znaczenie biologiczne.
Prowadzone przeze mnie badania DNA w fazie ciekłokrystalicznej są równocześnie
fascynujące i pożyteczne - nie tylko pozwalają na śledzenie organizacji łańcuchów DNA w
układzie skondensowanym takim jakimi są jądro komórkowe czy chromosomy, ale również
dają możliwość wykorzystania ciekłokrystaliczności do uporządkowania innych obiektów, do
np. organizacji nanocząstek i tworzenia w ten sposób nowych metamateriałów. Bazując na
doświadczeniu z dziedziny ciekłych kryształów z okresu doktoratu i staży podoktorskich, w
2006 roku rozpoczęłam badania faz ciekłokrystalicznych DNA. Korzystając z doniesień
literaturowych1-5 nauczyłam się, jako jedyna w Polsce, otrzymywać w kontrolowany sposób
fazy ciekłokrystaliczne DNA oraz poznałam ich tekstury. Odwiedziłam Laboratoire de
physique des solides prof. F. Livolant w Université Paris XII w Orsay, która dokonała
1
T. E. Strzelecka, M. W. Davidson, R.L. Rill Multiple liquid crystal phases of DNA at high concentrations Nature 331, 457 - 460 (1988)
T. E. Strzelecka and R. L. Rill Phase transitions of concentrated DNA solutions in low concentrations of 1 : 1 supporting electrolyte
Biopolymers 30, 1-2, 57–71 (1990)
3
R. L. Rill, T. E. Strzelecka, M. W. Davidson, D. H. Van Winkle Ordered phases in concentrated DNA solutions Physica A: Statistical Mechanics
and its Applications 176, 1, 87-116 (1991)
4
I.I. Smalyukh, O.V. Zribi, J.C. Butler, O.D. Lavrentovich, G.C.L. Wong Structure and dynamics of liquid crystalline pattern formation in drying
droplets of DNA Phys. Rev. Lett. 96, 177801 (2006)
5
M. Nakata, G. Zanchetta, B.D. Chapman, C.D. Jones, J.O. Cross, R. Pindak, T. Bellini, N.A. Clark End-to-end adhesion and liquid crystal
condensation of 6-20 base pair DNA duplexes Science 318, 1276-1279 (2007)
2
14
przełomowych odkryć w tej dziedzinie26-10. Nietrywialnym problem przy próbach obserwacji
faz i organizacji materiału w trzech wymiarach, co jest szczególnie ciekawe, w tego typu
próbkach jest ich nieprzezroczystość. Przy użyciu mikroskopu polaryzacyjnego możemy w
łatwy sposób obserwować uporządkowanie łańcuchów DNA, ale tylko w dwóch wymiarach i
było to wcześniej wielokrotnie opisywane. Inne techniki pomiarowe takie jak rentgenografia,
NMR czy krio-TEM nie dają pełnego obrazu organizacji materiału a przygotowanie próbek
sprawia, że jest on daleki od warunków naturalnych 11,123. Bardzo ważne było dla mnie by
dowiedzieć się więcej na temat organizacji DNA w fazie skondensowanej w trzech wymiarach
w warunkach zbliżonych do naturalnych. Właściwości samoorganizacji DNA w fazy
ciekłokrystaliczne są bardzo ciekawe ze względu na powiązanie z trójwymiarową topologią
chromatyny znaną z wpływu na procesy transkrypcji i regulacji w jądrze komórkowym 13.
Celem nadrzędnym wciąż prowadzonych przeze mnie prac w tej dziedzinie jest pokazanie, że
ciekłokrystaliczne uporządkowanie DNA ma wpływ na ekspresję genową a jego brak ma
znaczenie w pojawianiu się zaburzeń chromosomalnych. W związku z powiązaniem
uporządkowania i płynności jaką daje np. organizacja łańcuchów DNA w fazie
cholesterolowej wydaje się być ona idealna do procesów transkrypcji w DNA, które
wymagają przestrzeni między łańcuchami by zadziałały specyficzne enzymy a równocześnie
uporządkowanego systemu dla lepszego funkcjonowania i wydajności. Chcę wykazać, że
podobnie jak w przypadku termotropowych ciekłych kryształów14, cząsteczki DNA w fazie
ciekłokrystalicznej mają na siebie wpływ również w dalekim zasięgu. Jest to bardzo ambitny
temat, który realizuję obecnie we współpracy z biologami z laboratorium LBPA (Laboratoire
de biologie et de pharmacologie appliquée) prof. Malcolma Buckle z ENS de Cachan we
Francji.
Z drugiej strony, bardzo ciekawe i korzystne (choćby z powodu biokompatybilności) wydaje
się być wykorzystanie faz ciekłokrystalicznych DNA jako matryc do układania nanocząstek i
otrzymywania w ten sposób nowych materiałów o nowych właściwościach optycznych,
podobnie jak to badano w przypadku termotropowych ciekłych kryształów 15-17.
Wykorzystanie szczególnie fazy cholesterolowej do trójwymiarowego ułożenia
6
F. Livolant, A. Leforestier Condensed phases of DNA: Structures and phase transitions PROGRESS IN POLYMER SCIENCE 21, 6 , 1115-1164
(1996)
7
F. Livolant, A. M. Levelut, J. Doucet, J. P. Benoit The highly concentrated liquid-crystalline phase of DNA is columnar hexagonal Nature
339, 724 - 726 (1989)
8
F. Livolant Cholesteric organization of DNA invivo and invitro European Journal of Cell Biology 33, 2, 300-311 (1984)
9
E. Raspaud, D. Durand, F. Livolant, Interhelical spacing in liquid crystalline spermine and spermidine-DNA precipitates Biophysical Journal
88 , 1, 392-403 (2005)
10
F. Livolant Precholesteric liquid-crystalline states of DNA Journal de Physique 48, 6, 1051-1066 (1987)
11
F.Livolant Supramolecular organization of double-stranded DNA-molecules in the columnar hexagonal liquid-crystalline phase - an
electron-microscopic analysis using freeze-fracture methods Journal of Molecular Biology 218, 1, 165-181, 1991
12
S. Mangenot, A. Leforestier, D. Durand, F. Livolant X-Ray Diffraction Characterization of the Dense Phases Formed by Nucleosome Core
Particles Biophysical Journal 84, 4, 2570–2584 (2003)
13
B. Li, M. Carey, J. L. Workman The role of chromatin during transcription Cell 128, 4, 707–719, 23, 2007
14
M.B. Hamaneh, P.L. Taylor Phase sequences and long-range interactions in ferroelectric liquid crystals Phys Rev E 72, 021706 (2005)
15
D. Coursault, J. Grand, B. Zappone, H. Ayeb, G. Levi, N. Félidj, E. Lacaze Linear self-assembly of nanoparticles within liquid crystal defect
arrays Advanced Materials 24, 1461- 1468 (2012)
16
Y. Zhang, Q. Liu, H. Mundoor, Y. Yuan, I. I. Smalyukh Metal nanoparticle dispersion, alignment and assembly in nematic liquid crystals for
applications in switchable plasmonic color filters and E-polarizers ACS NANO 9, 3097-3108 (2015)
17
Q. Liu, Y. Cui, D. Gardner, X. Li, S. He, I.I. Smalyukh Self-Alignment of Plasmonic Gold Nanorods in Reconfigurable Anisotropic Fluids for
Tunable Bulk Metamaterial Applications Nano Letters 10, 1347-1353 (2010)
15
nanoobjektów powinno skutkować uzyskaniem ciekawych struktur184. Takie podejście jest
obecnie przedmiotem badań w grancie NCN Opus, którym kieruję.
Korzystając z bardzo dobrych kontaktów w multidyscyplinarnym Institute d’Alembert (IdA) w
Cachan we Francji oraz mojego doświadczenia z optyką nieliniową, jako pierwsza
rozpoczęłam obrazowanie faz ciekłokrystalicznych DNA przy użyciu techniki nieliniowej –
polaryzacyjnej fluorescencyjnej mikroskopii dwufotonowej. Cechą szczególną układu
pomiarowego w IdA jest wzbudzanie próbek światłem spolaryzowanym –
femtosekundowymi impulsami laserowymi (laser Ti:Sapphire, Mai Tai o impulsie 100 fs i
częstości repetycji 80 MHz, przestrajalny w zakresie 690-1020 nm) przechodzącymi przez
achromatyczną półfalówkę zainstalowaną na stoliku rotacyjnym. Światło wzbudzające jest
silnie zogniskowane dzięki zastosowaniu obiektywu mikroskopowego Nikon o powiększeniu
100x i aperturze numerycznej NA=1.4. Próbka umieszczana jest na piezoelektrycznym stoliku
skaningowym a dwufotonowo wzbudzona emisja fluorescencji jest zbierana w
epifluorescencji przez ten sam obiektyw. Sygnał emitowany jest spektralnie oddzielony od
światła wzbudzającego i rozdzielony przez polaryzacyjną płytkę światłodzielącą na dwa
ortogonalnie spolaryzowane komponenty Ix i Iy i rejestrowany przez fotodiody lawinowe
pracujące w trybie zliczania fotonów19.
Efektem tej współpracy jest seria prac z grupą prof. J. Zyssa. (H1, H2, H3, H6). Badania
opisane poniżej były wykonywane w znacznej części w jego laboratorium w ENS Cachan, przy
czym wiele pracy wykonałam z moją dyplomantką, a później prowadzoną przeze mnie
wspólnie z prof. M. Samociem doktorantką, Joanną Olesiak-Bańską. W pracy [H1] po raz
pierwszy pokazaliśmy możliwość wykorzystania nieliniowej mikroskopii fluorescencyjnej do
obrazowania faz ciekłokrystalicznych DNA bez domieszek i
domieszkowanych
fotochromowym barwnikiem 4-(4-Nitrofenylazo)aniliną: DO3. Jak już wspomniałam,
współczynnik kondensacji DNA może być bardzo wysoki205 i sięgać nawet kilkuset mg/ml, co
uniemożliwia obserwację uporządkowania DNA przy użyciu konwencjonalnych metod. W
takich warunkach, by zmniejszyć entropię w układzie, objętość jest zmniejszana poprzez
ustanowienie porządku supramolekularnego, którym w tym przypadku są fazy
ciekłokrystaliczne. W pracy [H1] przedstawiliśmy zarówno obrazowanie poszczególnych faz
(nematycznej, cholesterolowej i kolumnowej) jak i badania kalorymetryczne przejść
fazowych występujących w stężonych próbkach DNA. Zaobserwowaliśmy znaczące różnice
między próbkami z czystym DNA i DNA domieszkowanym DO3. Temperatury przejść
fazowych były średnio o 5oC niższe niż dla niedomieszkowanych próbek, co jest efektem
wprowadzenia domieszki do uporządkowanego układu. Przeprowadziliśmy analizę
uporządkowania DO3 w matrycy ciekłokrystalicznej i zauważyliśmy porządkowanie się
cząsteczek barwnika względem długiej osi DNA. W tej pracy pokazaliśmy też po raz pierwszy
możliwość obrazowania uporządkowania DNA z wykorzystaniem mikroskopii nieliniowej.
18
R. Bitar, G. Agez, M. Mitov Cholesteric liquid crystal self-organization of gold nanoparticles Soft Matter 7, 8198-8206 (2011)
V. Le’Floch, S. Brasselet, J-F. Roch, J. Zyss Monitoring of Orientation in Molecular Ensembles by Polarization Sensitive Nonlinear
Microscopy J. Phys. Chem. B 107, 45, 12403–12410 (2003)
20
V.B. Teif, K. Bohinc Condensed DNA: condensing the concepts Prog. Biophys. Mol. Biol. 105, 208–222 (2011)
19
16
Celem prac [H2] i [H3] było pokazanie celowości i zalet obrazowania skondensowanych faz
ciekłokrystalicznych DNA z wykorzystaniem nieniszczącej techniki fluorescencyjnej
mikroskopii dwufotonowej z kontrolą polaryzacji światła. Opracowaliśmy model teoretyczny
(Rys.1) dzięki któremu, poprzez pomiar dwufotonowej fluorescencji ze wzbudzonych
cząsteczek interkalatora DNA (jodek propidyny – PI) i cząsteczek wiążących się do rowka DNA
(Hoechst 33342 - Hoechst), możliwe było śledzenie ułożenia łańcuchów DNA. Dowiedliśmy,
że poprzez analizę ułożenia dipoli cząsteczek oddziałujących z DNA możliwa jest analiza
ułożenia łańcuchów DNA w trzech wymiarach. Pokazaliśmy, że cząsteczki oddziałujące z DNA
mają wpływ na strukturę pojedynczej nici DNA, która przekłada się na zmianę skoku helisy
fazy cholesterolowej ciekłego kryształu DNA, ale nie ma znaczenia dla kolejności i rodzaju
pojawiających się faz i w związku z tym mogą być z powodzeniem stosowane w obrazowaniu
faz ciekłokrystalicznych DNA.
Rys.1. Uproszczony model ułożenia cząsteczek
barwników PI i Hoechst względem podwójnej helisy
DNA w makroskopowym układzie x,y,z próbki i
wzory strukturalne cząsteczek. Stożek o kącie
połówkowym  określa pozycje dipoli emisji
barwników, em w zależności od długiej osi DNA
(zaznaczona szarą linią). Wartość kąta  (ułożenie
dipoli barwników względem DNA wyznaczone przez
o
o
nas w H2) wynosi 80 dla PI i 20 dla Hoechsta.
Zmienna wartość grubości stożka jest określona
przez  i pozycja DNA względem próbki jest
określona przez kąt . [H3]
W pracy [H2] pokazaliśmy dwa rodzaje próbek – komórki ciekłokrystaliczne o objętości kilku
mikrolitrów oraz krople DNA. W komórkach początkowo nie zaobserwowano wyraźnie
zdefiniowanych faz ciekłokrystalicznych, choć w obrazowaniu z użyciem mikroskopu
polaryzacyjnego widoczna była tekstura ciekłokrystaliczna. W kroplach pojawiły się
charakterystyczne zygzakowate struktury, które świadczą o obecności fazy heksagonalnej
kolumnowej (Rys.2.).
17
Rys. 2. Zdjęcia mikroskopowe tekstur ciekłokrystalicznych a) i b) komórek ciekłokrystalicznych z DNA o stężeniu
60mg/ml barwionym odpowiednio Hoechstem i PI i c),d) kropli DNA o stężeniu 5 mg/ml z PI i Hoechstem. [H2]
Analiza kątowa uporządkowania dipoli cząsteczek oddziałujących z DNA w próbkach
ciekłokrystalicznych dała nam szczegółową informację o położeniu DNA w poszczególnych
domenach ciekłokrystalicznych.
Rys.3. Przykłady obrazowania nieliniowego i analizy polarymetrycznej próbki DNA o stężeniu 60 mg/ml w fazie
izotropowej (a i b) i uporządkowanej w fazie ciekłokrystalicznej (c-f). Mapa intensywności emisji fluorescencji
wzbudzonej dwufotonowo (a) i wykres analizy polarymetrycznej (b) reprezentują składowe polaryzacji x i y DNA
domieszkowanego PI w fazie izotropowej. (c i d) wykres intensywności dwufotonowo wzbudzonej fluorescencji
(c) i analiza polarymetryczna (d) próbki domieszkowanej PI w fazie ciekłokrystalicznej. Orientacja łańcuchów
o
DNA względem dipola PI wynosi 90 (interkalacja płaskiej cząsteczki prostopadle do łańcucha DNA) (e i f)
Wykres intensywności dwufotonowo wzbudzonej fluorescencji (e) i analiza polarymetryczna (f) DNA
o
domieszkowanego barwnikiem Hoechst. Ułożenie łańcuchów DNA względem cząsteczki Hoechst wynosi 0
(wiązanie do rowka DNA). [H2]
Jedną z głównych zalet wzbudzenia wielofotonowego jest możliwość analizy ułożenia
łańcuchów DNA w specyficznym miejscu próbki o femtolitrowej objętości. W pracy [H2]
wykonując wiele pomiarów na granicy domen ciekłokrystalicznych pokazaliśmy jak bardzo
zmienia się ułożenie łańcuchów DNA w tym obszarze udowadniając tym samym przydatność
techniki dwufotonowej emisyjnej mikroskopii fluorescencyjnej do obrazowania ułożenia
18
DNA. W pracy [H3] szczegółowo analizowaliśmy fazy cholesterolową i heksagonalną
kolumnową, których zdjęcia z optycznego mikroskopu polaryzacyjnego znajdują się poniżej.
(Rys.4)
Rys. 4. Zdjęcia z optycznego mikroskopu polaryzacyjnego ciekłokrystalicznych faz DNA (a)-(c) fazy
cholesterolowe DNA o stężeniu 80 mg/ml i domieszce [PI]/[DNA] 5/100 oraz (d) 60 mg/ml i domieszce
[Hoechst]/[DNA] 1/300. Obrazy e i f przedstawiają fazę kolumnową heksagonalną o stężeniach e) 80 mg/ml i
[PI]/[DNA] 1/100 i f) 60 mg/ml i [Hoechst]/[DNA] 1/300 . [H3]
Dzięki modelowi opracowanemu wcześniej i przedstawionemu w pracy [H2] mogliśmy
bardziej szczegółowo przeanalizować pozycje łańcuchów DNA w lepiej przygotowanych
f
próbkach i wykonać dokładniejsze analizy położenia łańcuchów DNA w 3D w fazach
ciekłokrystalicznych. Zaobserwowaliśmy, że jeśli zmiana kierunku orientacji DNA w fazie
następuje na dystansie większym niż rozdzielczość układu to analiza polarografów ułożenia
dipoli umożliwia nam otrzymanie szczegółowych informacji na temat ułożenia łańcuchów
DNA, na przykład na granicy fazy kolumnowej. Jednakże, jeśli łańcuchy są skręcone na
krótszym dystansie, w zakresie limitu rozdzielczości, odpowiedzi z dwufotonowej
fluorescencji są przestrzennie uśrednione. Ten wynik wymagał wprowadzenia poprawki do
modelu zaproponowanego wcześniej, by poprawnie interpretować uzyskiwane wyniki.
Wykonując wiele kolejnych pomiarów ze zmianą głębokości próbkowania zarejestrowaliśmy
cały obraz próbki cholesterolowej w trzech wymiarach. Pełen przekrój x,z i y,z został
zmierzony i zmiany charakterystyczne dla fazy cholesterolowej typu odcisk palca (finger
print) zostały zaobserwowane w głębi próbki. (Rys.5.)
19
Rys. 5. Przykładowe mapy intensywności dwufotonowo wzbudzonej fluorescencji w komórce DNA z PI z fazą
cholesterolową o teksturze typu odcisk palca (finger print) z analizą polarymetryczną ułożenia łańcuchów DNA.
Strzałki na wykresie mówią o kierunku wzbudzenia i zbierania emisji. Kierunek ułożenia łańcuchów DNA jest
zaznaczony na schemacie. Polarografy zmierzone w obszarze o wysokiej i niskiej intensywności emisji mówią o
uporządkowaniu dipoli w tych obszarach. [H3], po prawej : Mapy intensywności fluorescencji komórki z DNAHoechst w fazie cholesterolowej zmieniającej się wraz z głębokością próbki, przekrój y,z próbki. [H3].
W pracy [H4] opisaliśmy podjęcie skutecznych prób wytwarzania cholesterolowych faz
ciekłokrystalicznych DNA w kontrolowanych warunkach z superskręconego DNA o dokładnie
znanej sekwencji i długości, gdyż bardzo niewiele było doniesień literaturowych na temat
powstawania i kontrolowania faz powstałych z takiego materiału 21-23. Do tego celu
wykorzystaliśmy przygotowane przez nas plazmidowe DNA z pBSK (2958 par zasad) i pGEM
(3000 par zasad)6. Wyznaczyliśmy skok helisy fazy cholesterolowej (4 m, wartość typowa
dla struktury „odcisku palca” – finger print) oraz temperatury przejść fazowych w układzie
składającym się z superskręconego plazmidowego DNA z pGEM i pokazaliśmy
nieodwracalność tych przejść. Przemiany fazowe w tych układach powodowały zmiany w
czwartorzędowej strukturze DNA a co za tym idzie utratę dopasowania między parami zasad
DNA (DNA mismatching), w przeciwieństwie do tego co obserwowaliśmy w badaniach
liniowego DNA, gdzie przemiany fazowe są w pełni odwracalne. Badania potwierdziliśmy
analizą wyników spektroskopowych i z pomiarów dichroizmu kołowego.
Mając na uwadze efekty fotowybielania (photobleaching) występujące w barwnikach
organicznych (w tym w wykorzystywanych przez nas interkalatorach) pod wpływem
naświetlania próbek światłem laserowym poszukiwaliśmy lepszego znacznika do badań faz
ciekłokrystalicznych DNA z wykorzystaniem mikroskopii nieliniowej. Wybór padł na
anizotropowe nanostruktury złota – złote nanopręty. Wykorzystując technikę
femtosekundowej nieliniowej spektroskopii z-scan zmierzyliśmy właściwości nieliniowe
21
S.S. Zakharova, W. Jesse, C. Backendorf, J.R.C. van der Maarel Liquid crystal formation in supercoiled DNA solutions Biophysical Journal
83, 2, 1119–1129, 2002
22
S.S Zakharova, W. Jesse, C. Backendorf, S.U Egelhaaf, A. Lapp, J.R.C van der Maarel Dimensions of plectonemically supercoiled DNA
Biophysical Journal 83, 2, 1106–1118, 2002
23
Z. Reich, E.J. Wachtel, A. Minsky Liquid-crystalline mesophases of plasmid DNA in bacteria Science 264, 5164, 1460-1463 (1994)
20
nanoprętów [H5] i sprawdziliśmy jak się zachowują pod wpływem naświetlania wiązką lasera
femtosekundowego [H11]. W tych badaniach, oprócz Joanny Olesiak-Bańskiej istotną rolę
odegrali moi dyplomanci, którzy zostali później doktorantami w grupie prof. Samocia, Marta
Gordel i Radosław Kołkowski. Nanopręty zsyntezowane zostały metodą chemiczną247 a w
pracy [H5] przedstawiliśmy wyniki pomiarów nieliniowego przekroju czynnego na absorpcję
dwufotonową (2), pomiar nieliniowego współczynnika refrakcji (n2), nieliniowy
współczynnik absorpcji (2). Analizowaliśmy również wpływ nasycenia absorpcji na pozostałe
nieliniowe parametry złotych nanoprętów a wszystkie pomiary zostały wykonane w szerokim
zakresie długości fal (550 - 1550nm) techniką z-scan. Porównaliśmy także parametry
nieliniowe złotych nanoprętów z innymi znanymi z wysokich odpowiedzi nieliniowych
cząsteczkami i nanostrukturami. By poprawnie scharakteryzować właściwości nieliniowe
nanoprętów konieczne było ich odpowiednie przygotowanie (synteza z użyciem Na 2S, by
uniknąć zmian w strukturze nanoprętów w czasie naświetlania)25, odpowiedni dobór mocy
lasera (poniżej 60 fJ/nanopręt, gdyż wyższe moce powodowałby topnienie nanostruktur)
oraz równoczesny pomiar odpowiedzi próbki przy zamkniętej (CA) i otwartej (OA) aperturze.
Zmierzyliśmy pierwsze kompletne widmo absorpcji nieliniowej dla krótkich nanoprętów złota
zawieszonych w wodzie (o stosunku długości do szerokości 3,2). Zaproponowaliśmy model
dwufotonowej absorpcji, obserwowaliśmy też procesy nasycenia absorpcji jednofotonowej.
Zaobserwowaliśmy, że nasycenie absorpcji dominuje w paśmie podłużnego rezonansu
plazmonowego. Wartości współczynników nieliniowej absorpcji bardzo zależą od rozmiarów
nanoprętów i są wyższe dla większych struktur (krótsze pręty 2~ 0.6 x 108 GM, dłuższe 2~
3x 108 GM). Przy porównaniu złotych nanoprętów z innymi cząsteczkami i nanomateriałami o
właściwościach nieliniowych (pochodne metaloorganiczne zawierające ruten26, kropki
kwantowe27, nanokrystality domieszkowane jonami pierwiastków ziem rzadkich28) widzimy
bezsprzecznie, że po znormalizowaniu do jednostkowej objętości lub masy molowej,
nanopręty złota posiadają najwyższy znormalizowany przekrój czynny na absorpcję
dwufotonową29. Biorąc pod uwagę stabilność nanocząstek złota, brak efektu fotowybielania
zdecydowaliśmy się użyć takich nanoprętów do obrazowania próbek ciekłokrystalicznych
DNA.
Ciekłokrystaliczne DNA domieszkowaliśmy nanoprętami o wymiarach 10x35 nm i
sprawdzaliśmy czy ich ułożenie jest skorelowane z orientacją helis DNA w fazie
ciekłokrystalicznej a wyniki opisaliśmy w pracy [H6]. Wcześniejsze prace literaturowe
donosiły o zróżnicowanym zachowaniu podobnych układów – po dodaniu małych złotych lub
24
T.K. Sau, C.J. Murphy Seeded high yield synthesis of short Au nanorods in aqueous solution Langmuir 20, 15, 6414-6420 (2004)
D. A. Zweifel and A. Wei Sulfide-Arrested Growth of Gold Nanorods Chem. Mater., 17, 4256–4261 (2005)
26
R. Costa, J. Arago, E. Orti, T. Pappenfus, K. Mann, K. Matczyszyn, M. Samoć, J. Zafra, J. Lopez Navarrete, J. Casado, Impact of the
synergistic collaboration between oligothiophene bridges and ruthenium complexes on the optical properties of dumbbell-shape
compounds, Chem. Eur. J. 19 (4), 1476-1488 (2013)
27
M. Nyk, D. Wawrzynczyk, J. Szeremeta, M. Samoc, Spectrally resolved size-dependent third-order nonlinear optical properties of colloidal
CdSe quantum dots Appl. Phys. Lett. 100, 041102 (2012)
28
D. Wawrzyńczyk, M. Nyk, M. Samoć Multiphoton absorption in europium (III) doped YVO4 nanoparticles, Journal of Materials Chemistry C
1,37, 5837-5842 (2013)
29
M. Samoc, K. Matczyszyn, M. Nyk, J. Olesiak-Banska, D. Wawrzynczyk, P. Hanczyc, J. Szeremeta, M. Wielgus, M. Gordel, L. Mazur, R.
Kolkowski, B. Straszak, M. Cifuentes, M.G Humphrey Nonlinear absorption and nonlinear refraction: Maximizing the merit factors
Proceedings of the SPIE 8258, 82580V (2012)
25
21
półprzewodnikowych nanocząstek830 (<5 nm) w niewielkich ilościach (do 1%) fazy niebieskie
(blue phase) stabilizowały się i zmieniały temperaturę przejścia fazowego31 podczas gdy fazy
nematyczne, w odwracalny sposób, zupełnie zmieniały uporządkowanie 32. Nanocząstki
umieszczone w fazach cholesterolowych najczęściej kumulowały się na granicy faz18. W
próbkach przygotowanych przez nas stężenie DNA wynosiło 10 mg/mL, stężenie
interkalatora 1.93 mM a stężenie nanoprętów 10-8 M. Zdecydowaliśmy się na użycie
interkalatora (bromek etydyny - EB), gdyż jego sposób wiązania do DNA jest dobrze znany i
jego ułożenie jest prostopadłe do kierunku nici DNA a sygnał fluorescencji pochodzący od
barwnika może być łatwo rozróżniony od pochodzącego od złotych nanoprętów, gdyż
występuje znaczna różnica w długości fali zarówno wzbudzenia jak i emisji. Z wcześniejszych
badań [H10] znaliśmy optymalny sposób wzbudzenia tego barwnika. Analizując niezależnie
sygnał od interkalatora EB i od nanoprętów mogliśmy sprawdzić jak nanopręty złota układają
się w stosunku do łańcuchów DNA. W próbkach, o tak dobranych stężeniach składników jak
wymienione powyżej, w obserwacjach mikroskopowych z użyciem optycznego mikroskopu
polaryzacyjnego, nie zauważyliśmy zmian w stosunku do niedomieszkowanych próbek
ciekłokrystalicznego DNA. Przeprowadziliśmy badania intensywności luminescencji
wzbudzanej dwufotonowo długością fali 840 nm w próbce DNA domieszkowanej złotymi
nanoprętami w fazie heksagonalnej kolumnowej w trzech wymiarach (Rys.6). Na mapie
intensywności fluorescencji widzimy wyraźnie, że nanopręty (jasne kropki) są jednorodnie
rozmieszczone w całej objętości próbki, w przeciwieństwie do wcześniejszych doniesień
literaturowych. Jasne i ciemne obszary na mapie intensywności fluorescencji odpowiadają
obszarom domen ciekłokrystalicznych wyznakowanych EB.
Rys. 6. Po lewej: mapa 3D zmian intensywności dwutonowej luminescencji w funkcji grubości próbki przy
wzbudzeniu 840 nm, po prawej – mapy zmian intensywności luminescencji próbki wzbudzanej dł. fali 910 nm
przy (a) horyzontalnej i (b) wertykalnej polaryzacji padającego światła. Białymi kółkami zaznaczono miejsca
występowania nanoprętów, które są widoczne zależnie od polaryzacji światła, czerwonymi kółkami oznaczono
nanopręty widoczne przy obu wzbudzeniach. Wykresy polaryzacyjne były zmierzone w miejscach oznaczonych
1 i 2. Na wykresie (c) zaznaczono statystykę ułożenia nanoprętów w stosunku do nici DNA, h – oznacza
horyzontalne, v- wertykalne ułożenie. [H6]
30
J. Mirzaei, M. Reznikov, T. Hegmann Quantum dots as liquid crystal dopants J. Mater. Chem. 22, 22350-22365 (2012)
B. Rozic, V. Tzitzios, E. Karatairi, U. Tkalec, G. Nounesis, Z. Kutnjak , G. Cordoyiannis, R. Rosso, E. Virga, I. Musevic Theoretical and
experimental study of the nanoparticle-driven blue phase stabilization European Physical Journal E, 34, 2, 1-11 (2011)
32
W. Lewandowski, M. Wójcik, E. Górecka Metal nanoparticles with liquid-crystalline ligands: controlling nanoparticle superlattice
structure and properties Chemphyschem 19, 15, 1283-1295 (2014)
31
22
Po analizie wyników okazało się, że 68±5% nanoprętów jest zorientowanych w kierunku
ułożenia łańcuchów DNA, 20±1% było ułożonych prostopadle do nici DNA a ok. 12±1% było
widocznych przy obu wzbudzeniach. Biorąc pod uwagę, że po syntezie ok. 15% nanostruktur
stanowią nanosfery, które charakteryzują się emisją izotropową, to faktyczna liczba
nanoprętów ułożonych wzdłuż nici DNA będzie jeszcze wyższa. Stąd wnioskujemy, że
nanopręty złota mogą z powodzeniem być wykorzystywane jako nieliniowe znaczniki
uporządkowania DNA w dwufotonowej mikroskopii luminescencyjnej. W trakcie obserwacji
komórek ciekłokrystalicznych DNA z nanoprętami zaobserwowaliśmy również ciekawy efekt
bardzo lokalnego podgrzewania i transportu ciepła – w pobliżu naświetlanego pojedynczego
nanopręta wiązką laserową następowała przemiana fazowa ciekłokrystalicznego DNA.
Wniosek taki wysnuliśmy na podstawie pomiarów w środkowej części próbki, gdy w trakcie
pomiaru pojedynczy nanopręt zaczął znikać z mierzonego obszaru. Stąd pojawiła się hipoteza
o zmianie płynności matrycy – to jest możliwe w czasie przemiany fazowej z
ciekłokrystalicznej fazy uporządkowanej do fazy izotropowej, która jest bardziej płynna. By
potwierdzić ten pomysł wykonaliśmy pomiary na brzegach próbki, gdzie materiału w
objętości jest bardzo mało a nanopręt nie ma dokąd uciec (Rys.7.).
Rys.7. Mapy intensywności dwufotonowej luminescencji złotych nanoprętów w matrycy LC DNA, strzałki
oznaczają kierunek polaryzacji światła. Na kolejnych rysunkach widzimy jak nanopręty znikają z obszaru
naświetlanego wiązką laserową o mocy 0.05 mW a polarogramy potwierdzają ich ruch. (d) –(f): mapy na
brzegach kropli (brzeg zaznaczony kropkowaną linią). [H6]
Początkowo intensywność luminescencji spadała by po zmianie kierunku polaryzacji światła
wzrosnąć. Te obserwacje sugerują, że nanopręt z braku miejsca na ucieczkę (warstwa
materiału w tym miejscu jest cienka) zmienia swoje położenie z poziomego na pionowe, w
kierunku prostopadłym do kierunku polaryzacji padającego światła. Jako, że dwufotonowa
luminescencja jest spolaryzowana, nanopręty nie topią się ani nie zmieniają kształtu w tym
eksperymencie (co badaliśmy później i opisaliśmy w [H11]). Pomiary te potwierdziły nasze
przypuszczenia dotyczące przemiany fazowej wokół pojedynczego nanopręta. W związku z
naszymi przypuszczeniami o dużym znaczeniu porządku ciekłokrystalicznego w komórce
23
postulujemy, że złote nanopręty mogą mieć znaczenie teranostyczne. Przemiana fazowa
wywołana wokół pojedynczego nanopręta prawdopodobnie zmieni bardzo lokalnie
uporządkowanie DNA a co za tym idzie również zachowanie żywej komórki. Biorąc pod
uwagę, że w organizmie żywym znajduje się więcej struktur ciekłokrystalicznych (np. błony
komórkowe, kolagen) uważamy, że odpowiednio funkcjonalizowane złote nanopręty mogą
zostać precyzyjnie dostarczone, zlokalizowane i zobrazowane przy użyciu dwufotonowej
mikroskopii fluorescencyjnej a następnie ciepło, które powstanie w wyniku naświetlania
pozwoli na manipulacje w obrębie funkcjonowania komórki.
W pracy [H11] pokazaliśmy, że światło laserowe może wpływać na kształt nanoprętów i
podjęte przez nas środki ostrożności w postaci stosowania minimalnej intensywności światła
padającego na próbki ciekłokrystaliczne znakowane złotymi nanoprętami były słuszne.
Stosując nanopręty z modyfikacją powierzchni przy wykorzystaniu Na2S w procesie syntezy
pokazaliśmy, że są one stabilniejsze termicznie niż nanopręty bez dodatku Na 2S. Próbki bez
Na2S znacznie szybciej ulegały „międzynanoprętowemu spawaniu”: łączyły się w większe,
niekontrolowane struktury (Rys.8.) Analiza termograwimetryczna pokazała, że w przypadku
nanocząstek proces odparowania złota zachodzi przy znacznie niższej temperaturze (1000oC)
niż dla złota w innej postaci (2856oC) i powierzchnia ma kluczowe znaczenie w procesach
termicznych indukowanych światłem lasera femtosekundowego. W przeprowadzonych
eksperymentach uzyskaliśmy nanocząstki wygięte na kształt bananów – struktury bardzo
trudne do uzyskania na drodze syntezy chemicznej. Takie „bananowe” nanopręty mają inne
nieliniowe właściwości jako nanocząstki plazmoniczne niż proste nanopręty i są obecnie
przedmiotem naszych badań.
Rys.8. Zdjęcia TEM nanoprętów naświetlanych laserem femtosekundowym o długości fali 800 nm o mocy 1060
mW. W czasie naświetlania nanopręty skracają się a następie topią. Po prawiej przykład nanopręta, który pod
wpływem naświetlania zmienił kształt na bananowy, zaznaczono także zmianę płaszczyzny krystalograficznej
następującej pod wpływem naświetlania. [H11]
Jak wspomniałam w poprzednich paragrafach by skutecznie wykorzystywać znaczniki DNA do
obrazowania faz ciekłokrystalicznych DNA w mikroskopii wielofotonowej konieczne jest
poznanie parametrów nieliniowej absorpcji dla wykorzystywanych fluoroforów
oddziałujących z DNA. W tym celu wykonaliśmy pomiary nieliniowe typowych interkalatorów
i cząsteczek wiążących się do rowka jakimi są odpowiednio bromek etydyny (EB) i Hoechst
33342. Wyniki tych prac opublikowaliśmy w [H10] i [H7]. W [H10] porównaliśmy właściwości
nieliniowe cząsteczki EB z jej dimerem i wykorzystując technikę z-scan uzyskaliśmy pełne
widmo nieliniowe obu cząsteczek w zakresie od 600 nm do 1500 nm. Dla obu cząsteczek
uzyskaliśmy umiarkowane wartości dwufotonowej absorpcji w zakresie długości fal 600-700
nm. Ten zakres spektralny odpowiada dwufotonowemu wzbudzeniu wzdłuż długiej osi
24
cząsteczki. Drugie, mniej intensywne pasmo, zostało znalezione przy dłuższych falach: 950
nm dla cząsteczki EB i 1100 nm dla jej dimeru. Za ten obszar absorpcji odpowiedzialny jest
moment dipolowy skierowany wzdłuż osi wiązania fenyl-fenantren. Jako, że ta część w obu
cząsteczkach jest różna, obserwujemy zmianę w widmie dwufotonowej absorpcji. Choć
wartość absorpcji dwufotonowej zmierzonej dla dimeru EB jest wyższa (~80 GM dla EB i ~180
GM dla dimeru EB w zakresie 600-700 nm i ~8 GM dla EB i ~ 21 GM dla dimeru EB) to po
przeliczeniu tych wartości na objętość cząsteczki i skuteczność wiązania do DNA nie
znaleźliśmy korzyści płynących z możliwości zastosowania dimeru EB w badaniach. Jednakże
pomiary te pokazały, że próbki znakowane EB mogą być wzbudzane nie tylko w znanym
zakresie 600-700 nm, ale także w bardziej długofalowym obszarze ~950 nm.
W pracy [H7] porównaliśmy wyniki eksperymentalne uzyskane dla pomiarów z-scan
cząsteczki Hoechst 333240, wykorzystywanej przez nas w pracy z obrazowaniem faz
ciekłokrystalicznych i opublikowanych w [H2] i [H3], z obliczeniami kwantowomechanicznymi (wykonanymi przez dr R. Zaleśnego i jego współpracowników). Obliczenia
pozwoliły nam wyjaśnić pojawianie się drugiego pasma dwufotonowej absorpcji,
niewidocznego na widmie jednofotonowym. Wyznaczyliśmy przekrój czynny na absorpcję
dwufotonową, który wyniósł 245 GM przy długości fali 575 nm a także zaobserwowaliśmy
absorpcję dwufotonową przy 850 nm. Było to możliwe dzięki wykonaniu pomiarów
nieliniowych w szerokim zakresie spektralnym. Wyjaśnienie pojawianie się pasma przy 850
nm było możliwe dzięki obliczeniom kwantowo-mechanicznym, które dowiodły powstawania
agregatów cząsteczki Hoechst 333240 w wodzie.
Kontynuując poszukiwanie najlepszych znaczników DNA przebadaliśmy grupę nowych
związków – pochodnych izoforonów [H13] oraz polimerową pochodną antracenową [H15] i
ich oddziaływanie z DNA. Celem pracy [H13] było wyznaczenie mechanizmu wiązania do DNA
trzech chromoforów typu donor-akceptor zbudowanych
części dicyjanoizofronowej
akceptującej elektrony i różniących się podstawnikami po stronie donora (Rys.9.). Praca [15]
opisuje odziaływanie rozpuszczalnej w wodzie polimerowej pochodnej antracenowej, która
bardzo silnie wiąże się do DNA i równocześnie posiada znaczący przekrój na absorpcję
dwufotonową co oznacza, że może zostać z powodzeniem wykorzystana do obrazowania
dwufotonowego DNA. W pracach tych uczestniczył mój dyplomant, a następnie doktorant,
Marco Deiana, którego pracą doktorską opiekuję się obecnie.
Rys.9. Nowe cząsteczki izoforonów oddziałujące z DNA [H13]
25
Wykorzystując techniki absorpcji UV-Vis, fluorescencji i dichroizmu kołowego pokazaliśmy, że
wszystkie trzy cząsteczki izoforonów wiążą się z DNA z zachowaniem stechiometrii 1
cząsteczka na 1 parę zasad. Stałe wiązania wynosiły odpowiednio dla cząsteczki A = 3.36x10 3
M-1, B = 5.40x103 M-1, C = 6.89x103 M-1 i choć są nieco niższe niż dla typowych interkalatorów
DNA (EB = 6.58x104 M-1) to i tak wykazują wysokie powinowactwo do DNA. Cząsteczki te
wchodzą pomiędzy pary zasad, są więc interkalatorami DNA modyfikującymi helisę DNA,
szczególnie cząsteczka B ma duży wpływ na zburzenie prawoskrętności DNA, co
potwierdziliśmy badaniami dichroizmu kołowego. Jednakże niska fotostabilność badanych
cząsteczek sprawiła, że nie wykorzystaliśmy ich do znakowania ciekłokrystalicznego DNA.
Bardziej obiecującą cząsteczką do zastosowań w obrazowaniu DNA jest rozpuszczalna w
wodzie polimerowa pochodna antracenu (Rys.10). Jej stała wiązania do DNA wynosi 2 x105, i
łączy się w sposób 1 cząsteczka na 5 par zasad DNA.
Rys.10. Wzór strukturalny i schematyczny sposób wiązania do DNA pochodnej antracenu wykorzystanej w
badaniach z DNA, n=6 [H15]
Poszukując innych cząsteczek oddziałujących z DNA zbadaliśmy rozpuszczalną w wodzie
pochodną spiropiranu [H9]. Spiropiran jest związkiem fotochromowym, który pod wpływem
światła ulega odwracalnej reakcji otwierania i zamykania pierścienia (Rys.11)
Rys. 11. Reakcja fotochromowa cząsteczki spiropiranu. Spiropiran pod wpływem naświetlania długością fali
360nm ulega otwarciu pierścienia i zmienia się w merocyjaninę, której naświetlanie powoduje zamknięcie
pierścienia i powrót do formy spiro. [H9]
Formą podstawową w tym układzie jest spiropiran (spiro), który pod wpływem naświetlania
światłem UV zmienia się w merocyjaninę (mero). W literaturze znajdują się doniesienia o
podobnej pochodnej spiropiranu oddziałującej z DNA w sposób kontrolowany światłem –
forma spiro nie oddziałuje z DNA, forma mero interkaluje do DNA a po naświetleniu
26
światłem widzialnym „wychodzi” z helisy DNA339. Eksperymenty przeprowadzone na naszej
pochodnej nie potwierdziły interakcji z DNA, jednakże wciąż jest możliwe przełączanie faz
ciekłokrystalicznych DNA z wykorzystaniem cząsteczki fotochromowej – podobnie do
doświadczeń wykonywanych przeze mnie w czasie doktoratu. Jeszcze ciekawsze byłoby
przełączanie indukowane dwufotonowo. W związku z możliwością wykorzystania do tego
celu naszej rozpuszczalnej w wodzie cząsteczki spiropiranu przeprowadziliśmy pomiary zscan w szerokim zakresie spektralnym. Badania nieliniowych parametrów przedstawionej
cząsteczki pokazały, że absorbuje ona nie tylko dwufotonowo, ale także trójfotonowo.
Przekrój czynny na absorpcję dwufotonową wyniósł dla formy mero przy długości fali 700 nm
~ 80 GM , dla formy spiro ~40 GM i był w zgodzie z obliczeniami kwantowo-mechanicznymi.
Przy długości fali 900 nm dla formy spiro zaobserwowaliśmy absorpcję trójfotonową, dla
dłuższych fal zostały zmierzone i obliczone teoretycznie niższe wartości absorpcji
dwufotonowej (1050 nm: mero ~ 20 GM, spiro ~7 GM; 1200 nm: mero ~7 GM, spiro ~ 5
GM). Praca ta jest jedną z niewielu doniesień literaturowych na temat nieliniowych
parametrów związków fotochromowych, a w dodatku eksperymenty poparte są
hybrydowymi obliczeniami: mechaniki kwantowej/ mechaniki molekularnej. Otrzymane
widma wielofotonowe nie mogły być w łatwy sposób przewidziane z widma
jednofotonowego a wyjaśnienie ich stanowi dodatkową wartość.
W pracy [H12] pokazaliśmy inne podejście do nanocząstek i DNA – przeprowadziliśmy
funkcjonalizację luminescencyjnych nanokrystalitów ziem rzadkich NaYF4:10%Eu3+ DNA i
pokazaliśmy transfer energii pomiędzy nanocząstkami a przyłączonym do DNA barwnikiem
fluorescencyjnym Cy5. Ważnym osiągnięciem był transfer nanocząstek NaYF4:10%Eu3+do
wody tak by możliwa było oddziaływanie z DNA. Barwnik Cy5 umieszczony na końcu
pojedynczej komplementarnej nici DNA był akceptorem energii w procesie transferu energii.
DNA o zróżnicowanej długości (26 bp, 31 bp, 41 bp, 50 bp) było wykorzystane celem
sprawdzenia zależności transferu energii (FRET) z nanocząstki do barwnika od odległości i
optymalizacji tego procesu. Pomiary widm emisji i wartości czasów życia potwierdziły, że
miał miejsce FRET. Proces ten został zweryfikowany przez użycie enzymu restrykcyjnego
(BamH), który w kontrolowany sposób uwolnił barwnik Cy5 z układu a w konsekwencji
doprowadził do spadku transferu energii z nanocząstek lantanowcowych do Cy5 co
potwierdziło specyficzność i funkcjonalność naszej biosondy. Ponadto, korzystając z
zależności wydajności FRET od długości DNA pokazaliśmy możliwość wykorzystania ultramałych nanocząstek funkcjonalizowanych DNA i Cy5 jako “nano-linijki” do pomiarów
odległości w skali nanometrycznej.
W pracy [H14] przedstawiliśmy nowe metody syntezy anizotropowych nanocząstek złota i
zbadaliśmy ich cytotoksyczność. Udowodniliśmy, że nanostruktury otrzymywane z
wykorzystaniem ekstraktu mięty mogą przyjmować nietypowy i ciekawy kształt trójkątów. Ze
względu na interesujące właściwości optyczne uzyskanych nanocząstek takie jak
33
J. Andersson, S. Li, P. Lincoln, J. Andréasson Photoswitched DNA-Binding of a Photochromic Spiropyran J. Am. Chem. Soc. 130, 36, 11836–
11837 (2008)
27
występowanie pasma plazmonicznego w obszarze bliskiej podczerwieni czy możliwość
dwufotonowego wzbudzenia luminescencji obecnie te struktury są przedmiotem naszych
badań jako znaczniki faz ciekłokrystalicznych DNA. Wykazaliśmy również, że otrzymane w ten
sposób nanocząstki są nietoksyczne i z mogą zostać wykorzystane w żywych układach.
Wiadomości o aktualnym stanie wiedzy na temat wykorzystania DNA w nanofotonice i
nanotechnologii zebraliśmy w pracy [H8] w postaci zaproszonego przeglądu. Praca ta była
wyróżniona w czasopiśmie SPIE „News and trends”.
Podsumowując, w wymienionych wyżej publikacjach zawarłam część moich badań
naukowych dotyczącą optycznych badań układów DNA i struktur plazmoniczych, które mają
znaczenie biologiczne. Przygotowałam komórki ciekłokrystaliczne z różnych rodzajów DNA
(liniowe, plazmidowe) i przedstawiałam możliwość wykorzystania fluorescencyjnej
mikroskopii nieliniowej z kontrolą polaryzacji światła do trójwymiarowego obrazowania
ułożenia łańcuchów DNA w fazie ciekłokrystalicznej. Zaproponowałam także model, dzięki
któremu poprawna interpretacja wyników z pomiarów mikroskopowych jest możliwa.
Scharakteryzowałam znane i nowe barwniki oraz nanocząstki oddziałujące z DNA przy użyciu
nieliniowej spektroskopii femtosekundowej typu z-scan i wyznaczyłam ich parametry
nieliniowe. Zaproponowałam syntezy nanocząstek o nowych kształtach (trójkąty) oraz
funkcjonalizację nanocząstek ziem rzadkich DNA do pomiarów transferu energii.
Do cyklu publikacji opisującego te badania włączyłam także pracę przeglądową na temat
zastosowania DNA w nanotechnologii.
Przedstawiony temat uważam za bardzo ciekawy i mam nadzieję go kontynuować i rozwijać.
28
6. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo – badawczych.
6.1. Wykaz wszystkich publikacji
6.1.1. M. Klekotko, K. Matczyszyn*, J. Siednienko, J. Olesiak-Bańska, K. Pawlik, M. Samoć,
Bio-mediated synthesis, characterization and cytotoxicity of gold nanoparticles,
Physical Chemistry Chemical Physics 17, 29014 - 29019 (2015)
6.1.2. M. Deiana, B. Mettra, K. Matczyszyn*, K. Piela, D. Pitrat, J. Olesiak-Bańska, C.
Monnereau, C. Andraud, M. Samoć, Interactions of a biocompatible water-soluble
anthracenyl polymer derivative with double-stranded DNA, Physical Chemistry
Chemical Physics 17, 30318-30327 (2015)
6.1.3. M. Deiana, K. Matczyszyn*, J. Massin, J. Olesiak-Bańska, C. Andraud, M. Samoć,
Interactions of Isophorone Derivatives with DNA: Spectroscopic Studies., PLOS One
10 (6), e0129817 (2015)
6.1.4. A. Delplanque, D. Wawrzyńczyk, P. Jaworski, K. Matczyszyn*, K. Pawlik, M. Buckle,
M. Nyk, C. Nogues, M. Samoć, DNA Base Pair Resolution Measurements Using
Resonance Energy Transfer Efficiency in Lanthanide Doped Nanoparticles, PLOS One
10 (3), e0117277 (2015)
6.1.5. K. Matczyszyn*, J. Olesiak-Bańska, K. Nakatani, P. Yu, N. A. Murugan, R. Zaleśny, A.
Roztoczyńska, J. Bednarska, W. Bartkowiak, J. Kongsted, H. Agren, M. Samoć, Oneand Two-Photon Absorption of a Spiropyran/Merocyanine System: Experimental and
Theoretical Studies, J. Phys. Chem. B 119 (4), 1515–1522 (2015)
6.1.6. M. Gordel, R. Kołkowski, J. Olesiak-Bańska, K. Matczyszyn, M. Buckle, M. Samoć, Zscan studies of nonlinear optical properties of colloidal gold nanorods and nanoshells,
J. Nanophotonics 9 (1), 093797 (2014)
6.1.7. M. Gordel, J. Olesiak-Bańska, R. Kołkowski, K. Matczyszyn, M. Buckle, M. Samoć,
Comparison of third-order nonlinear optical properties of colloidal gold nanoshells
and nanorods, Proc SPIE 9163 91630V (2014)
6.1.8. M. Gordel, J. Olesiak-Bańska, R. Kołkowski, K. Matczyszyn, M. Buckle, M. Samoć,
Shell-thickness-dependent nonlinear optical properties of colloidal gold nanoshells, J.
Mat. Chem. C 2 7239-7246 (2014)
6.1.9. E. Y. Choi, L. Mazur, L. Mager, M. Gwon, D. Pitrat, J. C. Mulatier, C. Monnereau, A.
Fort, A. Attias, K. Dorkenoo, J. E. Kwon, Y. Xiao, K. Matczyszyn, M. Samoć, D. Kim, A.
Nakao, B. Heinrich, D. Hashizume, M. Uchiyama, S. Park, F. Mathevet, T. Aoyama, C.
Andraud, J. W. Wu, A. Barsella, J. Ribierre, Photophysical, amplified spontaneous
29
emission and charge transport properties of oligofluorene derivatives in thin films,
Phys. Chem. Chem. Phys. 16 16941-16956 (2014)
6.1.10. M. Samoć, K. Matczyszyn, M. Nyk, J. Olesiak-Bańska, M. Gordel, P. Hańczyc, R.
Kołkowski, J. Szeremeta, D. Wawrzyńczyk, M. Waszkielewicz, J. Zaręba, Nonlinear
absorption in nanosystems of biological significance., MRS Proceedings 1698 (2014)
6.1.11. J. Moreau, F. Lux, M. Four, J. Olesiak-Bańska, K. Matczyszyn, P. Perriat, C. Frochot, P.
Arnoux, O. Tillement, M. Samoć, G. Ponterini, S. Roux, G. Lemercier, A 5-(difluorenyl)1,10-phenanthroline-based Ru(II) complex as coating agent for potential
multifunctional gold nanoparticles, Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (28), 14826-14833
(2014)
6.1.12. I. Maliszewska, A. Leśniewska, J. Olesiak-Bańska, K. Matczyszyn*, M. Samoć,
Biogenic gold nanoparticles enhance methylene blue-induced phototoxic effect on
Staphylococcus epidermidis, Journal of Nanoparticle Research 16 2457 (2014)
6.1.13. J. Olesiak-Bańska, K. Brach, M. Klekotko, M. Gordel, K. Matczyszyn, J. Zyss, M.
Samoć, Surface plasmon influence on two-photon luminescence from single gold
nanorods, Proc. of SPIE 8955 89550C (2014)
6.1.14. L. Mazur, A. Castiglione, K. Ocytko, F. Kameche, R. Macabies, A. Ainsebaa, D. Kreher,
B. Heinrich, B. Donnio, S. Sanaur, E. Lacaze, J. Fave, K. Matczyszyn, M. Samoć, J. W.
Wu, A. Attias, J. Ribierre, F. Mathevet, Charge carrier mobility study of a mesogenic
thienothiophene derivative in bulk and thin films, Org. Electron. 15 943-953 (2014)
6.1.15. M. Gordel, J. Olesiak-Bańska, K. Matczyszyn*, C. Nogues, M. Buckle, M. Samoć, Postsynthesis reshaping of gold nanorods using a femtosecond laser, Phys. Chem. Chem.
Phys. 16 71-78 (2014)
6.1.16. J. Myśliwiec, A. Szukalski, L. Sznitko, A. Miniewicz, K. Haupa, K. Zygadlo, K.
Matczyszyn, J. Olesiak-Bańska, M. Samoć, Synthesis, Optical and Nonlinear Optical
Properties of New Pyrazoline Derivatives, Dyes and Pigments 102 63-70 (2014)
6.1.17. J. Olesiak-Bańska, M. Gordel, K. Matczyszyn, V. Shynkar, J. Zyss, M. Samoć, Gold
Nanorods as Multifunctional Probes in Liquid Crystalline DNA Matrix, Nanoscale 5
(22), 10975 - 10981 (2013)
6.1.18. J. Olesiak-Bańska, K. Matczyszyn, R. Zaleśny, N. A. Murugan, J. Kongsted, H. Agren,
W. Bartkowiak, M. Samoć, Revealing Spectral Features in the Two-Photon
Absorption Spectrum of the Hoechst 33342 dye: A Combined Experimental and
Quantum-Chemical Study, J. Phys. Chem. B 117 12013–12019 (2013)
6.1.19. J. Massue, J. Olesiak-Bańska, C. Aronica, K. Matczyszyn, M. Samoć, C. Monnereau, C.
Andraud, Remarkable Effect of Iridium Cyclometallation on the Nonlinear
30
Absorption Properties of a Quadrupolar Imine Ligand, Inorg. Chem. 52 (19), 10705–
10707 (2013)
6.1.20. B. Jędrzejewska, P. Krawczyk, M. Pietrzak, M. Gordel, K. Matczyszyn, M. Samoć, P.
Cysewski, Styryl Dye Possessing Donor-π-Acceptor Structure - Synthesis,
Spectroscopic and Computational Studies, Dyes and Pigments 99 (3), 673-685
(2013)
6.1.21. R. Costa, J. Arago, E. Orti, T. Pappenfus, K. Mann, K. Matczyszyn, M. Samoć, J. Zafra,
J. Lopez Navarrete, J. Casado, Impact of the Synergistic Collaboration between
Oligothiophene Bridges and Ruthenium Complexes on the Optical Properties of
Dumbbell-Shape Compounds, Chem. Eur. J. 19 (4), 1476-1488 (2013)
6.1.22. S. Drouet, A. Merhi, D. Yao, M. P. Cifuentes, M. G. Humphrey, M. Wielgus, J. OlesiakBańska, K. Matczyszyn, M. Samoć, F. Paul, C. O. Paul-Roth, Cubic Non-Linear Optical
Properties of New Zinc Tetraphenyl Porphyrins Peripherally Functionalized with
Electron-rich Ru(II) Acetylide Substituents, Tetrahedron 68 10351–10359 (2012)
6.1.23. S. Drouet, A. Merhi, G. Grelaud, M. P. Cifuentes, M. G. Humphrey, K. Matczyszyn,
M. Samoć, L. Toupet, C. O. Paul-Roth, F. Paul, Enhanced two-photon absorption
cross-sections of zinc(II) tetraphenylporphyrins peripherally substituted with d6metal alkynyl complexes, New J. Chem. 36 2192-2195 (2012)
6.1.24. K. Matczyszyn, J. Olesiak-Bańska, DNA as scaffolding for nanophotonic structures,
Journal of Nanophotonics 6 064505 (2012)
6.1.25. J. Olesiak-Bańska, P. Hańczyc, K. Matczyszyn, B. Norden, M. Samoć, Nonlinear
absorption spectra of ethidium and ethidium homodimer, Chemical Physics 404 33–
35 (2012)
6.1.26. J. Olesiak-Bańska, M. Gordel, R. Kołkowski, K. Matczyszyn, M. Samoć, Third-Order
Nonlinear Optical Properties of Colloidal Gold Nanorods, J. Phys. Chem. C 116
13731−13737 (2012)
6.1.27. L. Mazur, R. Kołkowski, K. Matczyszyn*, F. Mathevet, P. Rannou, A. Attias, M.
Samoć, Spectral dependence of nonlinear absorption and refraction in
terthiophene-based organic semiconductors, Opt. Mater. 34 (10), 1682-1685 (2012)
6.1.28. M. Gordel, J. Olesiak-Bańska, K. Matczyszyn, C. Nogues, K. Pawlik, M. Buckle, M.
Samoć, Shape and size separation of gold nanoparticles using glucose gradient
density, Proc. SPIE 8424 84242F (2012)
6.1.29. M. Samoć, K. Matczyszyn, M. Nyk, J. Olesiak-Bańska, D. Wawrzyńczyk, P. Hańczyc, J.
Szeremeta, M. Wielgus, M. Gordel, L. Mazur, R. Kołkowski, B. Straszak, M. P.
31
Cifuentes, M. G. Humphrey, Nonlinear absorption and nonlinear refraction:
maximizing the merit factors, Proc. SPIE 8258 82580V (2012)
6.1.30. J. Olesiak-Bańska, M. Nyk, D. Kaczmarek, K. Matczyszyn*, K. Pawlik, M. Samoć,
Synthesis and optical properties of water-soluble fluoride nanophosphors co-doped
with Eu3+ and Tb3+, Optical Materials 33 (9), 1419-1423 (2011)
6.1.31. J. Olesiak-Bańska, H. Mojzisova, D. Chauvat, M. Zielinski, K. Matczyszyn, P. Tauc, J.
Zyss, Liquid crystal phases of DNA: evaluation of DNA organization by two-photon
fluorescence microscopy and polarization analysis, Biopolymers 95 365-375 (2011)
6.1.32. P. Hańczyc, K. Matczyszyn, K. Pawlik, J. Olesiak-Bańska, H. Leh, M. Buckle,
Spontaneous formation of liquid crystalline phases and phase transition in highly
concentrated plasmid DNA, Liquid Crystals 38 (4), 461–468 (2011)
6.1.33. B. J. Coe, J. Fielden, M. Helliwell, B. Brunschwig, I. Asselberghs, K. Clays, M. Samoć, J.
Olesiak-Bańska, K. Matczyszyn, S. Foxon, Quadratic and Cubic Nonlinear Optical
Properties of Salts of Diquat-Based Chromophores with Diphenylamino Substituents,
J. Phys. Chem. A 114 (45), 12028–12041 (2010)
6.1.34. J. Olesiak-Bańska, K. Matczyszyn, H. Mojzisova, M. Zielinski, D. Chauvat, J. Zyss,
Liquid crystalline phases in DNA and dye-doped DNA solutions analysed by polarized
linear and nonlinear microscopy and differential scanning calorimetry, Materials
Science - Poland 27 (3), 813 (2009)
6.1.35. H. Mojzisova, J. Olesiak-Bańska, M. Zielinski, K. Matczyszyn, D. Chauvat, J. Zyss,
Polarization sensitive two-photon microscopy study of the organization of liquid
crystalline DNA, Biophysical Journal 97 (8), 2348-2357 (2009)
6.1.36. P. Krawczyk, A. Kaczmarek, R. Zaleśny, K. Matczyszyn, W. Bartkowiak, M. Ziółkowski,
P. Cysewski, Linear and nonlinear optical properties of azobenzene derivatives, J.
Mol. Model. 15 581-590 (2009)
6.1.37. L. Rocha, C. Fiorini, K. Matczyszyn, P. Raimond, J. Nunzi, Investigation of the
patterning efficiency in a new azo-dye copolymer under UV irradiation toward
photonic applications, Proc. SPIE 6988 (69881Z), (2008)
6.1.38. K. Matczyszyn, A. Chwialkowska, J. Sworakowski, Photochromic reaction-induced
changes of ordering in liquid crystalline films, Thin Solid Films 516 8899-8904 (2008)
6.1.39. J. Sworakowski, K. Matczyszyn, Non-exponential decays in first order kinetic
processes. The case of squeezed exponential, Acta Phys. Polon. A 112 (Supplement),
S-153 - S-159 (2007)
32
6.1.40. R. Zaleśny, K. Matczyszyn, A. Kaczmarek, W. Bartkowiak, P. Cysewski, Experimental
and theoretical investigations of spectroscopic properties of azobenzene derivatives
in solution, J. Mol. Model. 13 (785-791), (2007)
6.1.41. S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, J. Myśliwiec, O. Yaroshchuk, LC alignement controlled
by photoordering and photorefraction in a command substrate, Mol. Cryst. Liq. Cryst.
(412), 869-880 (2004)
6.1.42. S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, J. Myśliwiec, A. Miniewicz, F. Kajzar, Mechanisms of
photorefractivity in liquid crystals, Nonl. Opt. Quant. Opt. 31 319-332 (2004)
6.1.43. K. Matczyszyn, J. Sworakowski, Phase change in azobenzene derivative-doped liquid
crystal controlled by the photochromic reaction of the dye, Journal of Physical
Chemistry B 107 6039-6045 (2003)
6.1.44. B. Sahraoui, I. Fuks-Janczarek, S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, J. Myśliwiec, J.
Berdowski, E. Allard, J. Cousseau, Enhancement of Third-order Susceptibility of C60TTF Compounds Using Nematic Liquid Crystal, Chem. Phys. Lett 365 327-332 (2002)
6.1.45
K. Janus, K. Matczyszyn, J. Sworakowski, Kinetics of Photochemical Processes in
Photochromic Azobenzene Derivatives. Effect of Matrix and of the Phase Stability,
Mat. Science 20 45-55 (2002)
6.1.46.
K. Matczyszyn, S. Bartkiewicz, B. Sahraoui, Study of Azobenzene - Doped Liquid
Crystal System, Optical Materials 20 57-61 (2002)
6.1.47. S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, J. Myśliwiec, A. Miniewicz, B. Sahraoui, . Martineau,
C., P. Blanchard, P. Frere, . Roncali, J., F. Kajzar, Liquid crystal panel with dye doped
PVK layer for real time holography process, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 374 85-90 (2001)
6.1.48. S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, A. Miniewicz, F. Kajzar, High gain of light in
photoconducting polymer-nematic liquid crystal hybrid structures., Opt. Commun.
187 257-261 (2001)
6.1.49. K. Matczyszyn, W. Bartkowiak, J. Leszczynski, Influence of the environment on
kinetics and electronic structure of asymmetric azobenzene derivatives - experiment
and quantum-chemical calculations., J. Mol. Struct. 565-566 53-57 (2001)
6.1.50. K. Janus, K. Matczyszyn, J. Sworakowski, J. F. Biernat, Z. Galewski, Kinetics of
photochromic reactions of substituted azobenzenes in solutions, and in liquid
crystalline and polymer matrices., Mol. Cryst. Liq. Cryst 361 143-148 (2001)
6.1.51.
K. Matczyszyn, K. Palewska, J. Sworakowski, Spectroscopic study of the kinetics of
cis-trans isomerisation of an amphiphilic photochromic azobenzene derivative., Mol.
Phys. Rep. 25 86-92 (1999)
33
6.2. Patenty.
6.2.1
Z.Pokładek, K.Matczyszyn, P.Młynarz patent PL406418-A1: New N-(N'- (2'aminoethyl)-2-aminoethyl)azobenzene-4-carboxamide compound for use as molecular
switch in molecular biology, materials engineering and chemical diagnosis care, and
component colors or optical memory element
6.3. Udział w konferencjach i szkoleniach.
6.3.1 Seminaria i wykłady zaproszone
6.3.1.0.
6.3.1.1
6.3.1.2.
6.3.1.3.
6.3.1.4.
6.3.1.5.
6.3.1.6.
6.3.1.7.
6.3.1.8.
6.3.1.9.
6.3.1.10.
6.3.1.11.
6.3.1.12.
6.3.1.13.
6.3.1.14.
6.3.1.15.
6.3.1.16.
6.3.1.17.
6.3.1.18.
6.3.1.19.
6.3.1.20.
Opt’Mol – konferencja, wykład plenarny, 11.2015, Rennes, Francja
Kyoto Institute of Technology, 06.2015, Kyoto, Japonia
IPA& SPIE Biophotonics - konferencja, 05.2015, Rio de Janeiro, Brazylia
ICFPAM- konferencja, 03.2015 Marrakesh, Maroko
BiomaGune, San Sebastian, 06.2014, Hiszpania
Photonics West - konferencja, 02.2014, San Francisco, USA
ICFPAM - konferencja, 12.2013, Auckland, Nowa Zelandia
ICNO - konferencja, 11.2013, Biarritz, Francja
University of Würtzburg, 05. 2013, Würtzburg, Niemcy
Or-Nano - konferencja, 04.2013, Nantes, Francja
St. Andrews University, 09.2012, Szkocja, Wlk. Brytania
SPASM - workshop, 2012, Wrocław, Polska
SPIE Security and Defence - konferencja, 09.2012, Edynburg, Wlk.Brytania
IUT Montepllier, 06.2012, Montpellier, Francja
Photonics Europe - konferencja, 05.2012, Bruksela, Belgia
Australian National University, 08.2009, Canberra, Australia
Université d'Angers, 05.2008, Angers, Francja
Thammasat University, 08.2005, Bangkok, Tajlandia
Ghent University, 05.2004, Ghent, Belgia
Ecole Normale Superieure de Cachan; 12.2001, Cachan, Francja
EXPO 2000; 07.2000 - Hannover, Niemcy
6.3.2 Spis wybranych konferencji międzynarodowych
1. K.Janus, K.Matczyszyn, E. Śliwińska Spectroscopic and calorimetric study of molecular
materials Seminar of Supramolecular Chemistry „Youth Forum”, Poznań 1999, conf. mat.
p. 45, poster
2. K. Matczyszyn, J. Sworakowski, Z.Galewski Spectroscopic study of photochromic
properties of azobenzene derivatives in LC matrices International Conference on Electrical
Properties Of Materials: ICEPOM-3, Charków 2000, conf. mat. p. 120, poster
3. K. Janus, K. Matczyszyn, J. Sworakowski, J. F. Biernat, Z. Galewski Kinetics of
photochromic reactions of substituted azobenzenes in solutions and in polymer matrices,
34
International Conference on Electrical Properties Of Materials: ICEPOM-3, Charków 2000,
conf. mat. p. 125, poster
4. K. Matczyszyn, W. Bartkowiak. Solvent effect on electronic structure of photochromic
azobenzene derivatives, European Congress of Molecular Spectroscopy: EUCMOS XXV,
Coimbra 2000, conf. mat. p. 247, poster
5. S.Bartkiewicz, K.Matczyszyn Novel photo-active system: azobenzene derivative - liquid
crystal. Spectroscopic study of kinetics and application, European Congress of Molecular
Spectroscopy: EUCMOS XXV, Coimbra 2000, conf. mat. p. 186, poster
6. S.Bartkiewicz, K.Matczyszyn, K.Janus Optical information processing, Shaping the Future,
Global
Dialogue
na
EXPO
2000,
conf.
mat.
(www.shaping-thefuture.de/pages/mainfs/html), wykład
7. S.Bartkiewicz, K.Matczyszyn, K.Janus Real Time Holography - materials and applications,
Shaping the Future, Global Dialogue on EXPO 2000, conf.mat., wykład
8. S.Bartkiewicz, K.Matczyszyn, A.Miniewicz, F. Riou, P.Blanchard, P.Frere, J.Roncali,
F.Kajzar Dye-doped liquid crystal composition for real-time holography processes,
International Conference on Frontiers in Polymers and Advanced Materials: ICFPAM VI,
Pernambuco 2001, conf. mat. p.57, wykład
9. K.Matczyszyn Photo-induced phase transition in a liquid crystal-azobenzene derivative
system, Nonlinear Optical Materials and Applications: NOMA V, Cetraro 2001, conf. mat.
p.40, wykład
10. K.Matczyszyn, S.Bartkiewicz, B.Sahraoui Dye doped photo-active liquid crystal system
Confernce on Liquid Crystals: CLC XIV, Zakopane 2001, conf. mat.p.16, poster
11. K.Matczyszyn, J.Sworakowski Microscopic and calorimetric studies of phase transitions in
azobenzene doped LC, International Conference on Electrical Properties of Materials:
ICEPOM 4, Lviv 2002, conf. mat.p.59, poster
12. K.Matczyszyn, J.Sworakowski Study of photo-induced phase transition in LC system, 6th
Summer School of PhD students “Frontiers in Nanoscience and Nanotechnology”,
Copenhagen 2002, conf. mat., poster
13. K.Matczyszyn, S.Bartkiewicz, J.Myśliwec, O.Yaroshchuk Photoaligning proprieties and
solvatochromic behaviour of azobenzene derivative Disperse Orange 3, Electrical and
Related Properties of Solids: ERPOS -9, Prague 2002, conf. mat. p.55, poster
14. S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, J .Mysliwiec, O. Yaroshchuk, T. Kosa, P. Palffy-Muhoray LC
alignment controlled by photoordering and photorefraction in a command substrate,
International Liquid Crystal Conference: ILCC 19, Edinburgh 2002, conf. mat
15. K. Matczyszyn Influence of the electric field on photocontrolled phase transition in
azobenzene derivative doped liquid crystal, International Conference on Frontiers in
Polymers and Advanced Materials: ICFPAM 7, Bucuresti 2003, conf. mat. p.50
16. S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, J. Myśliwiec, A. Miniewicz Mechanisms of photorefractivity
in liquid crystals, International Conference on Frontiers in Polymers and Advanced
Materials: ICFPAM 7, Bucuresti 2003, conf. mat. p.3
17. J. Mysliwiec, S. Bartkiewicz, K. Matczyszyn, L. Gryga, A. Miniewicz, F. Kajzar
Characterisation of liquid crystal panels designed for dynamic holography, Molecular
Crystal Engineering, Acquafredda di Maratea, 2003, conf. mat.
18. K. Matczyszyn, A. Chwiałkowska, J. Sworakowski Phase-transitions in azo-dye doped
liquid crystals influenced by the kinetics of the chemical isomerisation, Conference on
Liquid Crystals: CLC XV, Zakopane 2003, conf.mat. p. 54
35
19. K. Matczyszyn, P. López del Castillo, N. Bennis, X. Quintana, J. M. Otón A study of the
antiferroelectric liquid crystals using polyamides and AC field, International Liquid Crystal
Conference: ILCC 20, Lubljana 2004, conf. mat.
20. K. Matczyszyn, N. Bennis, P. López del Castillo, X. Quintana, J. M. Otón New Alignment
Strategies for Antiferroelectric Liquid Crystals, Sampa meeting, Rome, Italy 2004
21. K. Matczyszyn, L. Rocha, C. Fiorini, F. Kajzar Surface relief gratings formation in
conjugated thin films, Photonics West, San Jose, USA 2005
22. K. Matczyszyn, M.Chrapa, L. Rocha, C. Fiorini, F. Kajzar, Spectroscopic studies of the
kinetics of the photochromic reaction in the polymers rafted with the azobenzene
derivative groups used for the surface relief grating formation Summer School OLLA,
Krutyń, Poland 2006
23. K. Matczyszyn, L. Rocha, C.Fiorini, F. Kajzar, Enhancement of the efficiency of surface
relief grating formation, 8th International Conference on Frontiers of Polymers
and Advanced Materials ICFPAM-8, Cancun 2005, Mexico
24. K. Matczyszyn, J. Mysliwiec, D. Bleger, A-J. Attias, J-L. Fave Study of the new discotic
liquid crystal International Conference on Electrical Properties of Materials: ICEPOM 6,
Crimea 2006, Ukraine
25. K. Matczyszyn, J. Myslwiec, D. Bleger, A-J. Attias, J-L. Fave Discotic liquid crystals for
information processing, Szklarska Poręba, 2006, Poland
26. K. Matczyszyn, A. Chwialkowska, J. Sworakowski, Photochromic reaction-induced
changes of ordering in liquid crystalline films, Conference on functional materials and
transport phenomena in organic thin films Riga 2006, Latvia
27. K. Matczyszn, K. Janus, J.Sworakowski, A.Chyla, Molecular Photoactive and electronic
materials, Polish-Canadian Spintronic Conference, Wrocław 2006, Poland
28. A. Kaczmarek, K. Matczyszyn, R. Zalesny, W. Bartkowiak, Experimental and Theoretical
Investigations of Spectroscopic Properties of Azobenzene Derivatives in 1,1,2trichloroetan, Modelling and Design of Molecular Materials, WrocLaw 2006, Poland
29. F. Mathevet, O. Redon, R. Baptist, H. Janeczek, K. Matczyszyn, D. Kreher, A-J. Attias, J-L.
Fave, P. Rannou, Synthesis, mesomorphic behavior, and electronic transport properties of
oligo(thiophene)s and -conjuguated supramolecular liquid crystals, 9th European
Conference on Liquid Crystals, Lisbon 2007, Portugal
30. P. Krawczyk, R. Zaleśny, A. Kaczmarek, K. Matczyszyn, W. Bartkowiak, M. Ziółkowski, P.
Cysewski Theoretical and experimental study of UV—Vis spectra of cis-azobenzene
derivatives, Central European Symposium on Theoretical Chemistry, Litschau 2007,
Austria
31. K.Matczyszyn, F.Mathevet, , D. Bléger, D. Kréher, A-J. Attias, J.-L. Fave, P. Rannou, O.
Redon, R. Baptist Time of flight experiments in discotic and calamitic liquid crystals, 9th
International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials, Kraków,
2007, Poland , wykład
32. J. Olesiak, K. Matczyszyn, Studies on liquid crystalline phases in DNA, Winter College on
Optics and Photonics in Nanosciences and Nanotechnology Trieste 2008 Italy, poster
33. K. Matczyszyn , J. Tomczyk , F. Mathevet , D. Kreher , A-J. Attias , P. Rannou, J-L. Fave
Synthesis and mesomorphic behavior of oligothiophenes derivatives for optoelectronic
applications 22nd International Liquid Crystal Conference, 2008, Jeju, Korea
34. J. Olesiak, K. Matczyszyn Nonlinear optical properties of liquid crystalline phases in DNA–
III SPIE International Student Chapters Meeting, Wrocław, 2008 Poland
36
35. K. Matczyszyn, J. Olesiak A study of liquid crystalline phases appearing in pure DNA and
in DNA doped with a photochromic dye – 22nd International Liquid Crystal Conference
(ILCC 2008), 2008 Jeju, Korea , wykład
36. J. Olesiak, K. Matczyszyn, D. Chauvat, M. Zielinski, H. Mojzisova, J. Zyss Nonlinear optical
properties of liquid crystalline phases in DNA, 11th International Conference Electrical
and Related Properties of Organic Solids ERPOS 11, Piechowice 2008 , Poland
37. H. Mojzisova, J. Olesiak, M. Zielinski, D. Chauvat, K. Matczyszyn, J. Zyss Polarization
sensitive two-photon microscopy study of the organization of dyes by liquid crystalline
DNA, MIFOBIO 2008 - Ecole thématique interdisciplinaire en MIcroscopie FOnctionnelle
en BIOlogie, Carqueiranne, 2008, France, wykład
38. J. Olesiak, K. Matczyszyn, H. Mojzisova, D. Chauvat, M. Zielinski, J. Zyss, Investigation of
organized DNA nanostructures with polarization sensitive two-photon microscopy, – IV
International SPIE Students’ Chapters Meeting, Toruń, 2009, Poland, poster
39. J. Olesiak, K. Matczyszyn, H. Mojzisova, D. Chauvat, M. Zielinski, J. Zyss, Polarization
sensitive two-photon microscopy of DNA liquid crystalline phases , Conference: From
DNA-Inspired Physics to Physics-Inspired Biology, ICTP (The Abdus Salam International
Centre for Theoretical Physics), Trieste, 2009, Italy, poster
40. H. Mojzisova, J. Olesiak, M. Zielinski, K. Matczyszyn, D. Chauvat, J. Zyss, Nonlinear
polarimetric analysis of DNA liquid crystalline domains, CLEO Europe 2009 - European
Conference on Lasers and Electro-Optics and the XIth European Quantum Electronics
Conference 2009, Munich, Germany, wykład
41. P. Hanczyc, K. Matczyszyn, J. Olesiak, A. Chyla, A. Miniewicz, K. Pawlik, “Ordering and
characterization of thin films of biopolymers based on DNA” 2009 - 18th International
Conference on Plastic Optical Fibers, Sydney, Australia, poster
42. J. Olesiak, K. Matczyszyn, H. Mojzisova, D. Chauvat, M. Zielinski, J. Zyss, “Study on
organized biomaterials based on DNA with the use of two-photon microscopy 911.09.2009 - 18th International Conference on Plastic Optical Fibers, Sydney, Australia,
43. H. Mojzisova, J. Olesiak, M. Zielinski, K. Matczyszyn, D. Chauvat, J. Zyss “Nonlinear
polarimetric analysis of DNA liquid crystalline domains 22-26.06.2009 11e Colloque de la
Société Française des Microscopies , Paris, France
44. H. Mojzisova, J. Olesiak, M. Zielinski, K. Matczyszyn, D. Chauvat, J. Zyss ”Nonlinear
polarimetric analysis of DNA liquid crystalline domains 31.03-1.04.2009 - NEBO
Nanosystem Engineering and Biophotonics, Cachan, France
45. F. Lincker, K. Matczyszyn, J. Tomczyk, D. Kreher, A-J. Attias , F. Mathevet, P. Rannou , J-L.
Fave Oligothiophenes derivatives for optoelectronic applications. Synthesis, mesomorphic
behavior and charge transport properties International Workshop on Emerging Materials
& Active Polymer Patterning 2009. Gyeongju, Korea (25-27.11. 2009)
46. K. Matczyszyn, P. Hanczyc, J.Olesiak, A.Chyla, A.Miniewicz, “Biopolymer Thin Films Based
on Aligned DNA” 28.09-2.10.2009 - 10th International Conference on Frontiers of
Polymers and Advanced Materials, 10ICFPAM, Santiago de Chile, Chile
47. J. Olesiak ,K. Matczyszyn, D.Chauvat, H. Mojzisova, J. Zyss, Cholesteric phases of DNA:
evaluation of DNA organization by two-photon fluorescence microscopy and polarization
analysis, 30.01-4.02.2010 - First Polish – French Workshop on Organic Electronics and
Nanophotonics, 2010, Świeradów Zdrój, Polska
48. I.Dąbrowski, J.Olesiak, P.Hanczyc, M.Nyk, K. Matczyszyn, Plazmid and nano-particles
studies under Atomic Force Microscope 30.01-4.02.2010 - First Polish – French Workshop
on Organic Electronics and Nanophotonics, 2010, Świeradów Zdrój, Polska
37
49. P. Hanczyc, K. Matczyszyn, J. Olesiak, A. Chyla, A. Miniewicz, M. Samoc, K. Pawlik,
Ordering and characterization of thin films of biopolymers based on DNA, 30.014.02.2010 - First Polish – French Workshop on Organic Electronics and Nanophotonics,
2010, Świeradów Zdrój, Polska, poster
50. K. Matczyszyn, L. Mazur, M. Nyk, F. Mathevet , D. Kreher , A-J. Attias , J-L. Fave Electrical
porperites of oligotiophene doped with copper nanoparticels, First Polish – French
Workshop on Organic Electronics and Nanophotonics, 2010, Świeradów Zdrój, Polska –
zaproszony wykład
51. J. Olesiak, K. Matczyszyn , D. Chauvat, H. Mojzisova, J. Zyss Two-photon fluorescence
microscopy and polarization analysis in evaluation of DNA organization”, PhoBiA Annual
Nanophotonics International Conference, 28-30.04.2010;Wrocław, Poland, wykład
52. M. Gordel, J. Olesiak, K. Matczyszyn, M. Samoc, PhoBiA Annual Nanophotonics
International Conference, Poland 28 – 30.04.2010;Wrocław, wykład
53. B. Straszak, I. Bulik, K. Matczyszyn, New photochromic molecule, 28 – 30.04.2010
PhoBiA Annual Nanophotonics International Conference, 28-30.04.2010;Wrocław,
Poland, wykład
54. K. Matczyszyn Spectroscopic and electrical properties of oligotiophene derivative liquid
crystal doped with copper nanoparticles, International Liquid Crystal Conference ILCC
2010, Kraków, Poland 11-16.07.2010; wykład
55. J. Olesiak, K. Matczyszyn, D. Chauvat, H. Mojzisova, J. Zyss Liquid crystal phases of DNA evaluation of DNA organization by two photon fluorescence microscopy with polarization
analysis - International Liquid Crystal Conference ILCC 2010, Kraków, Poland 1116.07.2010; wykład
56. K. Matczyszyn, J. Olesiak-Banska, Liquid crystalline phases of DNA Nanoscience
Workshop, Wrocław, Poland 18-19.01.2011; wykład
57. J. Olesiak-Banska, K. Matczyszyn, H. Mojzisova, D. Chauvat, M. Zielinski, J. Zyss
Evaluation of DNA organization by two-photon fluorescence microscopy with polarization
analysis Winter College on Optics in Imaging Science, 31.01 - 11.02.2011,Trieste, Italy;
58. K.Matczyszyn, J.Olesiak-Banska, M.Gordel, M.Samoc, J.Zyss Ordering of DNA and its
visualization by the NLO methods, MRS Spring Meeting, 09-13.04.2012, San Francisco,
USA - wykład
59. K.Matczyszyn, J.Olesiak-Banska, M.Gordel, M. Samoc, D. Chauvat, M. Zielinski, J. Zyss,
Imaging of DNA liquid-crystalline phases by polarization sensitive two photon
fluorescence microscopy, Photonic Europe,16 - 19.04.2012,
Brussels,
Belgiumzaproszony wykład
60. K. Matczyszyn, J. Olesiak-Banska, M. Gordel, B. Straszak, R. Kolkowski, L. Mazur, M.
Samoc NLO characterization and imaging of intercalated DNA, liquid crystals,
nanoparticles and photochromic materials, SPASM 2012 Symposium on Photoactive
Synthetic Materials, 13 - 14.09.2012, Wroclaw, Poland, zaproszony wykład
61. K. Matczyszyn, K. Brach, J. Olesiak-Bańska, M. Gordel, J. Zyss, M. Samoc Phase transitions
of liquid crystalline DNA doped with plasmonic nanostructures, Or-nano, 04.2013,
Nantes, Francja, zaproszony wykład
62. K. Matczyszyn, K. Brach, J. Olesiak-Banska, M. Gordel, J. Zyss, M. Samoc Phase
transitions of liquid crystalline DNA doped with plasmonic nanostructures
International Workshop on Nano and Bio-Photonics IWNBP, 03-08.11.2013, Biarritz,
Francja, zaproszony wykład
38
63. K. Matczyszyn, K. Brach, A. Moulins, J. Olesiak-Banska, M. Gordel, S. Parola, J. Zyss, M.
Samoc Imaging of the DNA doped by various anisotropic gold nanostructures ICFPAM,
12.2013, Auckland, Nowa Zelandia, zaproszony wykład
64. K. Matczyszyn, M. Gordel, A. Bednarska, C. Nogues, J. Olesiak-Banska, D. Wawrzynczyk,
P. Jaworski, M. Nyk, K. Pawlik, M. Buckle, M. Samoc Studies of functionalized
nanoparticles for photonic and sensing applications, Photonics West, 02.2014, San
Francisco, USA – zaproszony wykład
65. K. Matczyszyn , M. Klekotko, I. Maliszewska, A. Podlesny, J. Olesiak-Banska, W. Krezel, M.
Samoc Biogenic plasmonic nanoparticles ICFPAM , 03.2015, Marakesz, Maroko,
zaproszony wykład
66. K. Matczyszyn, Basis of photochemistry, IPA&Biophotonics SPIE conference, 20-25.05.
2015, Rio de Janeiro, Brazylia – zaproszony wykład
67. K. Matczyszyn, M. Klekotko, I. Maliszewska, J. Olesiak-Bańska, J. Siednienko, K. Pawlik,
M. Samoć Bio-mediated synthesis and spectroscopic studies of gold nanoparticles, SPIE
Security&Defence, 21-25.09.2015, Tuluza, Francja – zaproszony wykład
68. K. Matczyszyn, M. Deiana, K. Brach, M. Klekotko, Z. Pokladek, J.Olesiak-Banska, M.
Samoc Linear and nonlinear optical properties of materials of biological importance,
Workshop on Optically-Active Molecules: OptMol 2015, 18-20.11.2015, Rennes, Francja
– wykład plenarny
6.3.3 Udział w szkoleniach
6.3.3.1 6th Summer School of PhD students “Frontiers in Nanoscience and Nanotechnology”,
Kopenhaga, Dania, 2002 (finansowane przez UE ) – 2 tygodnie
6.3.3.2 Winter College on Nanotechnology and Nanoscience in Optics and Photonics, Trieste,
Włochy, 2005 (finansowane przez UNESCO) – 2 tygodnie
6.3.3.3 Szkolenie z zakresu Zarządzanie zespołem badawczym, Fundacja na rzecz Nauki
Polskiej, Kraków 2013
6.3.3.4 Szkolenie z zakresu Autoprezentacji, Fundacja na rzecz Nauki Polskiej, Wrocław 2012
6.4. Udział w projektach badawczych
6.4.1. Grant NCN „Opus” nr DEC-2013/09/B/ST5/03417 “Hybrydowe materiały
fotoaktywne na bazie ciekłych kryształów i nanocząstek” 2014-2017
kierownik
6.4.2. Grant NCN „Harmonia” nr DEC-2012/04/M/ST5/00340 „Funkcjonalizowane
nanostruktury w nieliniowym obrazowaniu optycznym i dla nanofotoniki” ,
współpraca z ENS de Cachan z Francji i Instytutem Immunologii PAN , 2013-2016
główny wykonawca
39
6.4.3. Grant NCN „Maestro” nr DEC-2013/10/A/ST4/00114 “Nowe kierunki w badaniach
nieliniowych zjawisk optycznych i ich fizykochemicznych następstw”
wykonawca
6.4.4. Grant Fundacji na rzecz Nauki Polskiej „Welcome” prof. Marka Samocia
„Organometallics in Nanophotonics” 2008-2012
wykonawca
6.4.5. Grant UE nr FP7-INCO-2011-6 “Nanotwinnig” 2011-2013, Francja
wykonawca
6.4.6. Grant Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego Juventus Plus nr IP2012 004172
„Nieliniowe optyczne właściwości materiałów organicznych dla diagnostyki i terapii
medycznej”
wykonawca
6.4.7. Grant UE Marie Curie Research Training Network nr MRTN-CT-2006-035859 „Bioinspire Optoelectronics BIMORE” 2006-2011
wykonawca
6.4.8. Grant UE SAMPA: “Synclinic and anticlinic Mesophases for Photonic Applications”
2001-2005
wykonawca
6.4.9. Grant Agence Nationale de la Recherche PNano “NanoPhotoSwitch” nr ANR-07-NANO0025 , Francja 2008-2012
wykonawca
6.4.10 Grant Agence Nationale de la Recherche PNano “Trambipoly” , nr ANR-08-NANO-051,
Francja, 2009-2012
wykonawca
6.4.11. Grant UE IST “Mechanized Molecules: IST-2001-35504 – MechMol”, Francja 20022005 – projekt wyróżniony nagrodą Kartezjusza
wykonawca
6.4.11 Grant promotorski KBN Spektroskopia fotoaktywnych układów ciekłokrystalicznych
Ponadto uczestnik trzech grantów bilateralnych PHC Polonium na współpracę z Francją (z
Université d’Angers, Ecole Normale Superieure de Cachan i Université Pierre et Marie Curie
Paris VI).
6.5. Projekty dydaktyczne.
6.5.1. Erasmus Mundus Master of Excellence “Molecular nano-biophotonics for
telecomunnication and biotechnologies” – od 2005 roku
Jestem współtwórcą i koordynatorem na Politechnice Wrocławskiej
międzynarodowego programu Erasmus Mundus Master of Excellence (European Education
40
Project z Ecole Normale Superieure de Cachan (Francja) Compultense Universidad de Madrid
(Hiszpania) i Uniwersytetu Wroclawskiego (Polska) ) w dziedzinie molekularnej nanobiofotoniki dla zastosowań w biotechnologii i telekomunikacji – MONABIPHOT (www.enscachan.fr/monabiphot, www.monabiphot.eu). Dzięki pomocy prof. A. Miniewicza udało nam
się stworzyć siatkę zajęć dla tego kierunku, która jest na tyle atrakcyjna, że przyciąga
studentów z krajów trzecich. Nieprzerwanie od 2005 roku prowadzimy rekrutację na te
studia zarówno wśród studentów spoza UE jak i z UE, w tym polskich kandydatów. Program
ten daje wspaniałą szansę polskim studentom na zdobycie wiedzy w uczelniach partnerskich
(francuskiej i hiszpańskiej) oraz otrzymanie dyplomu w uczelniach partnerskich. Studia te są
niezwykle rozwijające i bardzo wielu spośród ich absolwentów kontynuuje naukę na studiach
doktoranckich w znanych ośrodkach naukowych.
6.5.2. Opiekun koła naukowego Photonics Bionanotechnology Association : PhoBiA – od
2007 roku
Jestem współzałożycielem i opiekunem naukowym międzynarodowego
międzywydziałowego studenckiego koła naukowego „PhoBiA”, które zajmuje się
propagowaniem wiedzy na temat fotoniki i bionanotechnologii. Od 6 lat rokrocznie
organizujemy międzynarodową konferencję PANIC – biorą w niej udział głównie studenci i
doktoranci, niektórzy nieprzerwanie od 6 lat. Co roku zapraszamy 3 wybitnych zagranicznych
profesorów, którzy wygłaszają prezentacje typu tutorial dla uczestników konferencji i
społeczności akademickiej. (www.phobia.pwr.edu.pl)
6.5.3. Projekt staży i nowych studiów doktoranckich Bionanomaterials – 2014-2015
Jestem inicjatorem projektu NCBiR POKL.04.01.01-00-017/13 „Bionanomaterials BioNaM: nowy kierunek interdyscyplinarnych studiów doktoranckich oraz program staży dla
studentów na I, II i III stopniu kształcenia”, gdzie obecnie pełnię rolę eksperta ds. współpracy
ponadnarodowej. Projekt napisałam dla studentów Wydziału Chemicznego Politechniki
Wrocławskiej, by dać im szansę na atrakcyjne staże zagraniczne i krajowe co umożliwi im
zarówno rozwój osobisty jak i zwiększy szanse na zatrudnienie. Część pieniędzy z projektu
zostało przeznaczone na stworzenie nowego laboratorium badawczego, w którym
doktoranci nowych interdyscyplinarnych studiów doktoranckich mogą prowadzić pomiary
eksperymentalne w zakresie badań materiałów. W ramach projektu na wykłady zaproszeni
zostali wybitni specjaliści z dziedziny bionanomateriałów (prof. C. Kurachi z USP w Brazylii,
prof. F. Kajzar z Université d’Angers we Francji, prof. W. Królikowski z ANU w Canberze,
prof. P. Cormack z Glasgow University, prof. L. Persano z Włoch, prof. I. Ledoux z ENS de
Cachan i inni ). Udało mi się zorganizować 20 staży w firmach zagranicznych dla studentów
Wydziału Chemicznego, współuczestniczyłam w organizacji 120 staży w firmach krajowych
(3M, PCC Rokita itp.). W nowych studiach doktoranckich, prowadzonych w języku angielskim,
które współtworzyłam, bierze udział 25 doktorantów.
6.5.4. Opieka nad stażami studentów z Université de Montpellier we Francji – od 2007 roku
41
Od 2007 roku rokrocznie jestem opiekunem stażystów z kierunku chemia i fizyka
Université de Montpellier: IUT w Montpellier, którzy bardzo chętnie wybierają Politechnikę
Wrocławską na odbycie praktyk. Co roku gościmy do 8 studentów francuskich, z czego co
najmniej dwóch jest zawsze pod moją bezpośrednią opieką a pozostałym znajduję
promotorów.
6.5.5. Wykłady dla licealistów
W latach 2012 – 2013 brałam udział w projekcie „Szlifowanie Diamentów” - uczyłam
licealistów, wybranych w ramach projektu UE z dolnośląskich liceów, na temat ciekłych
kryształów, nanocząstek i optyki nieliniowej.
6.5.6. Wykłady dla studentów za granicą
- w 2015 roku zostałam zaproszona przez organizatorów konferencji SPIE
Biophotonics i International Photodynamic Association do wygłoszenia dużego 1,5 godz.
wykładu pt. „Basis of photochemistry” w Rio de Janeiro w Brazylii dla studentów i ogólnej
publiczności
- w latach 2010 - 2011 prowadziłam zajęcia dla studentów w Ecole Normale
Superieure de Cachan (TP Chimie Inorganique, TP Physicochimie moléculaire, Préparations
des devoirs et corrigés pour les agrégatifs, TP Cristaux Liquides pour Photonique, łącznie 80
godzin.)
- W 2005 roku zostałam zaproszona jako wizytujący wykładowca do Thammasat
University w Bangkoku, gdzie wygłosiłam serię wykładów na temat Nanofotoniki i ciekłych
kryształów oraz konsultowałam program studiów licencjackich i magisterskich w zakresie
Inżynierii Materiałowej.
6.5.7. Zajęcia dydaktyczne.
W ramach mojej pracy nauczyciela akademickiego prowadzę zajęcia z chemii fizycznej,
analizy instrumentalnej, laboratorium ciekłych kryształów, podstaw chemii
oraz
spektroskopii molekularnej. Przygotowałam zajęcia laboratoryjne z ciekłych kryształów po
angielsku i po francusku. Uczestniczyłam w powołaniu nowych studiów magisterskich
Monabiphot i studiów doktoranckich Bionanomaterials. Biorę udział w przygotowaniu
nowych zajęć w ramach specjalności na kierunku Inżynieria Materiałowa: Materiały
Zaawansowane.
6.5.8.Opieka nad pracami badawczymi
Od 2004 roku byłam promotorem 18 prac magisterskich i wielu prac inżynierskich. Wielu z
moich magistrantów kontynuowało naukę w znanych ośrodkach naukowych i otrzymało
stopień doktora (np. dr J. Olesiak-Banska, dr J. Tomczyk, dr P. Ślęczkowski, dr P. Hańczyc, dr
42
W. Mielczarek) lub jest w trakcie realizacji studiów doktoranckich (R. Kołkowski, M. Gordel,
M. Klekotko, K. Brach, M. Deiana, M. Ziemianek).
W latach 2008-2012 byłam promotorem pomocniczym doktoratu dr Joanny Olesiak-Bańskiej
o tytule „Dyes and nanoparticles as biolabels in two photon microscopy of liquid crystalline
DNA”.
W latach 2010-2014 współopiekowałam się pracą doktorską dr. Leszka Mazura (w systemie
co-tutelle) o tytule „Investigation of charge carriers transport in self-organized organic
semiconductors”
6.5.9. Działalność popularno-naukowa
Brałam czynny udział w Dolnośląskim Festiwalu Nauki zarówno jako wykładowca : „Trochę o
(wś)ciekłych kryształach” (2003r.) jak i organizator wystawy zdjęć naukowych (2012r.).
Członkowie koła naukowego PhoBiA, którym się opiekuję przygotowali wystawę zdjęć faz
ciekłokrystalicznych z materiału DNA pobranego od sławnych wrocławian i
zaprezentowaliśmy ją na wrocławskim Rynku. Zdjęcia następnie zostały zlicytowane a
dochód przeznaczony dla dzieci z rzadkimi chorobami genetycznymi.
6.6. Organizacja i/lub udział w komitetach naukowych międzynarodowych
konferencji
6.6.1. Electrical and Related Properties of Organic Solids ERPOS-11 2008, Szklarska Poręba
6.6.2. SPIE Students chapter Meeting 2008, Wroclaw
6.6.3. First Polish-French Workshop on Organic Electronics WOREN 2010, Swieradow Zdroj
6.6.4. Symposium on Photoactive Synthetic Materials – SPASM 2012, Wrocław
6.6.5. International Conference on Functional Polymers and Advanced Materials ICFPAM od 2013 roku członek komitetu naukowego
6.6.6. PhoBiA Annual International Conference PANIC - od 2007 roku współorganizuję wraz z
kołem naukowym PhobiA cykl międzynarodowych corocznych konferencji z dziedziny
nanofotoniki PANIC. Uczestnikami są głównie studenci i doktoranci (80 osób) zarówno
z Polski jak i z zagranicy. Jestem także członkiem komitetu naukowego tej konferencji.
6.6.7. Współorganizator letniej szkoły Molecular Nanobiophotonics MONABIPHOT 2006 i
2007, Francja
6.7. Recenzje prac naukowych i projektów badawczych
Recenzowałam prace dla czasopism naukowych: Optical Materials (2), Thin Solid Films (1),
Optics Express (1), Biotechnology and Applied Biochemistry (1), J.Am.Chem.Soc. (1),
43
Synthetic Metals (1) , Liquid Crystals (1) , Comptes Rendus de Chimie (1), Journal of Materials
Chemistry C (1).
Byłam recenzentem dwóch grantów dla francuskiej Agence Nationale de la Recherche ANR.
6.8 Członkowstwo w międzynarodowych organizacjach i towarzystwach
naukowych
Od 2008 roku jestem członkiem SPIE - The International Society for Optics and Photonics, od
2012 roku MRS – Materials Research Society, od 2015 roku RSC - Royal Society of Chemistry.
6.9. Nagrody, stypendia i wyróżnienia
6.9.1 Nagroda Rektora Politechniki Wrocławskiej za działalność na rzecz Uczelni, 2014
6.9.2 Stypendium Ambasady Francuskiej na miesięczny staż naukowy w Institute des
NanoScience de Paris, Francja, 2010
6.9.3 Nagroda zespołowa III stopnia Rektora Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, 2008
6.9.4 Nagroda Rektora Politechniki Wrocławskiej za działalność naukową, 2008
6.9.5 Nagroda od studentów Monabiphot dla najlepszego opiekuna naukowego, 2008
6.9.6 Stypendium konferencyjne FNP na udział w konferencji ILCC w Korei Pd, 2008
6.9.7 Stypendium FNP dla młodych naukowców START – przedłużenie, 2003-2004
6.9.8 Stypendium hiszpańskiego Ministra Nauki i Badań Naukowych “Juan de de la Cierva”,
2004
6.9.9
Stypendium Commisariat d’Energie Atomique, Saclay, Francja na staż podoktorski
2004-2005
6.9.10 Stypendia francuskiego ministerstwa nauki i agencji Egide : 2005, 2002, 2004
6.9.11 Nagroda Rektora PWr za pracę doktorską, 2004
6.9.12 Stypendium START Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej dla młodych naukowców, 20022003
6.9.13 Wyróżnienie Dziekana Wydz. Chemicznego PWr za pracę magisterską , 1999
6.9.14
Nagroda Rektora Politechniki Wrocławskiej za wyniki w nauce w czasie studiów
(pierwsza dziesiątka absolwentów Wydziału Chemicznego), 1999
44
6.9.15 Stypendium Ministra Edukacji Narodowej, 1998-1999
6.9.16 Nagroda Dziekana School of Applied Chemistry Kingston Univeristy, 1998
6.9.17 Stypendium UE Tempus na wyjazd do Kingston University, Wlk. Brytania, 1997
Wrocław, 2015
Katarzyna Matczyszyn
45