Use of phthalocyanines for growth inhibition of algae
Působení ftalocyaninových sloučenin na inhibici růstu řas
Vedoucí/Supervisor
Doc. RNDr. Jana Říhová Ambrožová, Ph.D.
Jazyk/Language
Czech
Abstrakt
Tato disertační práce se zabývala vývojem nového a ekologicky šetrného způsobu likvidace sinic a řas v cirkulačních chladících vodách různých technických a technologických systémů pomocí fotodynamicky generovaného singletového kyslíku a dalších reaktivních forem kyslíku. Využití fotodynamických účinků spočívalo v aplikaci vhodných fotosenzitizátorů, které mají za přítomnosti molekulárního kyslíku a viditelného světla schopnost produkce různých reaktivních forem kyslíku (singletový kyslík, superoxidový radikál, hydroxylový radikál a další). Singletový kyslík a další radikály mohou zapříčinit selektivní destrukci různých biologických cílů.
Jako fotosenzitizátory byly testovány synteticky připravené ftalocyaniny. Tyto sloučeniny jsou charakterizovány vysokým kvantovým výtěžkem tvorby singletového kyslíku. Chemická struktura ftalocyaninů může být cíleně modifikována přítomností periferních substituentů a centrálním iontem kovu. Tyto změny silně upravují vlastnosti ftalocyaninů.
V této práci bylo otestováno celkem 42 různých ftalocyaninů na čistých kulturách řas: Desmodesmus quadricauda (dříve Scenedesmus quadricauda), Pseudokirchneriella subcapitata (dříve Raphidocelis subcapitata) a Koliella spiculiformis. Jako nejvhodnější testovací organismus byla vyhodnocena řasa Desmodesmus quadricauda. Tato řasa se velmi dobře uchovávala v zásobní kultuře a byly na ní dobře pozorovatelné různé změny způsobené účinkem testovaných látek.
Na základě vlastností testovaných ftalocyaninů (především rozpustnosti) a dosažených výsledků testů s čistými kulturami řas bylo zvoleno 6 sloučenin, které byly dále testovány na vzorcích chladící vody pocházející z elektrárny Temelín. Vysoká účinnost vybraných ftalocyaninových preparátů byla potvrzena i na přirozeně se vyskytujících společenstvech sinic a řas. Jako nejúčinnější preparát byl vyhodnocen ftalocyanin, který patří do skupiny ftalocyaninů zinku substituovaných heterocyklem kationoidního typu.
Výsledky práce naznačují vysoký potenciál využití ftalocyaninů jako algicidních prostředků.
Abstract
The aim of this dissertation was to develop a new and ecologically friendly method of eliminating bacteria and algae in cooling circuits of various industrial systems by means of photodynamically generated singlet oxygen and other reactive oxygen species.
The utilization of photodynamic processes involved an application of appropriate photosensitizers, which are capable of producing various reactive oxygen species (singlet oxygen, superoxide radical, hydroxyl radical, etc.) under the presence of molecular oxygen and visible light. Singlet oxygen and other reactive oxygen species can achieve selective destruction of biological targets.
Synthetically modified phthalocyanines were tested as the photosensitizers. These compounds are characterized with high quantum yields of singlet oxygen generation. The chemical structure of phthalocyanines can be modified by the introduction of substituents in the peripheral positions of the macrocycle, as well as by the coordination of central metal ion. These changes can strongly modulate the properties of phthalocyanines.
In total, 42 phthalocyanine compounds were tested on pure algal cultures in this work: Desmodesmus quadricauda (formerly known as Scenedesmus quadricauda), Pseudokirchneriella subcapitata (formerly Raphidocelis subcapitata) and Koliella spiculiformis. As the most suitable test organism was selected Desmodesmus quadricauda. This alga was easily kept in stock culture and various changes caused by tested compounds were possible to observe. Based on characteristics of tested phthalocyanines (mainly solubility) and the results of tests with the pure algal cultures 6 compounds were selected, that were further tested on samples of water from the cooling circuits of the Temelin power station. The high effectiveness of selected phthalocyanines was further confirmed on natural assemblages of cyanobacteria and algae. The phthalocyanine from the group of Zinc phthalocyanine with heterocycle of cationic type was estimated as the most effective compound.
The overall results of the work indicate that phthalocyanine compounds have great potential as algaecides.