Studium iontových procesů v organických elektronických iontových pumpách

Abstract

Organická elektronická iontová pumpa (OEIP) je bioelektronické iontronické zařízení používané především pro řízené dávkování léčiv. Cílem této práce byl vývoj metodiky kombinovaného měření iontového transportu v OEIP a optimalizace aparatury k tomu použité. Iontový transport v OEIP je v současné době detekován buď nepřímo měřením vlastností elektrolytů mimo jamku OEIP, což způsobuje nepřesnosti měření, nebo měřením elektrického proudu procházejícího OEIP, které je však nepřesné. Metoda kombinované detekce řešená v této práci umožňuje studium iontového transportu přímo v jamce OEIP bez nutnosti přerušovat měření. Metoda kombinované detekce iontového transportu sestávala z kontinuálního měření pH, absorbance a elektrického proudu. Studium faktorů ovlivňující jednotlivá měření umožnilo optimalizaci použité aparatury. Použití těchto tří na sobě nezávislých metod umožnilo ověření získaných hodnot koncentrací H+ iontů transportovaných přes membránu OEIP a širší diskuzi probíhajících dějů. Výsledky detekce iontového transportu kombinovanou metodou ověřily koncept možnosti stanovení koncentrace transportovaných iontů přes membránu OEIP souběžně pomocí tří metod. Přestože je tato metoda stále limitována například teplotou či nehomogenitou měřeného roztoku, v budoucnu má potenciál významně zpřesnit údaje o transportovaných iontech v OEIP, což by mělo zásadní dopad na výzkum řízeného dávkování léčiv. Metoda by též mohla být použita ke studiu vlastností iontově výměnných membrán používaných nejen v OEIP ale i v dalších iontronických a bioelektronických zařízeních.An organic electronic ion pump (OEIP) is a bioelectronic iontronic device used primarily for controlled drug delivery. The aim of this work was to develop a methodology for the combined measurement of ion transport in OEIP and to optimize the apparatus used for this purpose. Ion transport in OEIPs is currently detected either indirectly by measuring the properties of electrolytes outside the well of the OEIP, which causes measurement inaccuracies, or by measuring the electric current passing through the OEIP, which is also inaccurate. The combined detection method addressed in this work allows the study of ion transport directly in the OEIP well without the need to interrupt the measurement. The combined ion transport detection method consisted of continuous measurements of pH, absorbance and electric current. The study of the factors influencing the individual measurements allowed the optimization of the used apparatus. The use of these three independent methods allowed verification of the values obtained for the concentrations of H+ ions transported across the OEIP membrane and a broader discussion of the processes involved. The results of ion transport detection using the combined method verified the concept of the possibility of determining the concentration of ions transported across the OEIP membrane simultaneously using the three methods. Although this method is still limited by, for example, temperature or inhomogeneity of the measured solution, it has the potential to significantly refine the data on transported ions in OEIP in the future, which would have a major impact on controlled drug delivery research. The method could also be used to study the properties of ion-exchange membranes used not only in OEIP but also in other iontronic and bioelectronic devices.