|
|
Materials for photovoltaic neurostimulators based on silicon photodiodes
Kunovský, Ondřej ; Weiter, Martin (referee) ; Glowacki, Eric Daniel (advisor)
Tato práce je zaměřena na možnosti neurostimulátorů s bezdrátovým přenosem energie, konkrétně se zabývá přenosem energie pomocí světla. Běžně používané neurostimulátory zahrnují bateriově napájené implantovatelné pulzní generátory a trpí problémem objemných baterií, které vyžadují invazivnější operace a nutnost periodické výměny. V této práci je zkoumána alternativa přenosu energie s využitím fotovoltaických diod. Monokrystalické křemíkové fotovoltaické diody jsou modifikovány a používány pro přeměnu energie ze světelné na elektrickou. Tyto diody byly rozřezány na různé velikosti aktivních ploch a byly zapojeny do sériových nebo paralelních zapojení. Tyto fotovoltaické články byly spojeny s elektrodami vyrobenými z osmi různých materiálů a se čtyřmi různými velikostmi fotovoltaických diod, aby pokryly širokou škálu možných neurostimulačních aplikací. Dále byl vyroben prototyp fotovoltaického stimulátoru skládající se z flexibilních elektrod a fotovoltaické diody. Tento prototyp byl úspěšně testován na modelech malých zvířat, kterými byli Hirudo verbena a Locusta migratoria. Tato práce charakterizuje řadu kombinací jednotlivých velikostí a materiálů elektrod s fotovoltaickými diodami pro různé intenzity a frekvence světla a vytváří mapu relevantních parametrů, z nichž lze navrhnout prototyp stimulátoru pro konkrétní aplikaci. Tato práce pokládá základ pro další vývoj fotovoltaických neurostimulátorů, které umožní nové experimenty a jednoho dne možná méně invazivní klinická zařízení.
|
|
|
Development of a sensing platform for the study of physiological functions of living cells
Marková, Aneta ; Víteček, Jan (referee) ; Vala, Martin (advisor)
The aim was to develop a sensing platform on the base of organic electrochemical transistor (OECT). The focus was on the preparation of proper electrode system and on optimalization of properties of thin layer of organic semiconductor. As a base, commercial glass substrates with integrated indium-tin oxide electrodes were chosen. Thin layers were prepared from organic semiconductor poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) by spin-coating. Four formulations of material were studied. Layers with different thickness were prepared and the dependence of transconductance on the thickness of the layer and ratio of width and length was observed. The degradation of electrode system was solved by galvanic plating with gold. Attention was also paid to modifications to PEDOT: PSS. It has been found that the optimal layer thickness for use in sensors is approximately 150 nm. By reducing the series resistance by using a silver paste, the transconductance of 23 mS was obtained for the Ink 2, for the Ink 3 the transconductance was 44 mS. Sensoric platforms with these transconductances can be used for detection of physiological functions of electrogenic cells, e.g. cardiomyocytes.
|
|
|
Optimization of printing of organic electronic devices printing for bioelectronics
Bráblíková, Aneta ; Hrabal, Michal (referee) ; Salyk, Ota (advisor)
This bachelor thesis is focused on optimization of printing of organic electronic devices printing for bioelectronics. The main goal of this bachelor thesis is a series of experiments devised to optimize semiconductive structures of PEDOT (semiconductive polymer) and description of the process used in the preparation of organic electrochemical transistors for biosensor by screen printing technology. The research focused on application of bioelectronics, printing technologies, conductive inks suitable for the preparation of OECTs (organic electrochemical tranzistors) and rheological properties of materials. Main conditions tested in the experimental part were temperature, stirring and additon of DMSO (dimethylsulfoxide) into a printing pasted. The evaluated parameters of materials were basic viscoelastic characteristics. At the ent of the thesis have been successfully designed the series of transistors to monitor cell cultures.
|
|
|
Organic tranistors for sensorics
Marková, Aneta ; Omasta, Lukáš (referee) ; Vala, Martin (advisor)
The aim was to find the best available commercial formulation of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) and methods and subsequent treatment of thin films for organic electrochemical transistors (OECT). These films will be used in bioelectronic sensors to measure the physiological function of cardiomyocytes. Studied material was PEDOT:PSS in six different formulations. Thin layers prepared by spin coating were modified in three ways, namely (i) immersion in ethylene glycol, (ii) drying and (iii) a combination of drying and ethylene glycol. The layers were then tested for the influence of ethylene glycol, thermal stability, the impact of storage, influence of aqueous medium, and additional thermal annealing. According to the results obtained, the most suitable treatment of most materials was immersion in ethylene glycol followed by thermal annealing of the layer. It was found that the most appropriate material formulation was Sigma Aldrich 739 316 treated by the combination of drying, immersion in ethylene glycol and thermal annealing.
|
|
|
Electro-optical sensor for the detection of extracellular ions
Bellan, Boris ; Salyk, Ota (referee) ; Vala, Martin (advisor)
The aim of this work was to prepare a platform based on electrochemical transistor that would allow both electrical and optical detection of ion exchange between the electrolyte and the layer of organic semiconductor. Semiconductor that have been used in this work was poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate). The main goal was to verify whether the proposed platform meets the requirements of both characterization methods, and whether the sensitivity in the given arrangement is sufficient for the required range of analyte concentrations. The work also dealt with the study of the stability of the prepared platform in selected solvents and culture media, at the same time the method of optimizing the preparation of the photoresist foil and the completion of the OECT measuring cell was studied. A suitable solvent for polymethyl methacrylate was sought so that it did not affect the surrounding parts of the platform. Based on the obtained results, it was found that the selected photoresist for the preparation of the spacer frame is not suitable. However, it was found that the proposed platform satisfies both characterization methods. Therefore, it will be necessary to replace the current photoresist with a new, more chemically stable one.
|
|
|
Novel Devices and Materials for Bioelectronics
Ehlich, Jiří ; Achilleas Savva, Ph.D (referee) ; Cifra,, Michal (referee) ; Salyk, Ota (advisor)
Tato dizertace je syntézou hlavních projektů, kterým jsem se věnoval v průběhu mého doktorského studia. Projekty se rozvíjejí kolem širokého spektra témat, z toho důvodu byl zvolen široký a obecný název. Projekty popsané v této práci se zabývají vývojem elektronických zařízení s využitím v řadě bioelektronických aplikací. První část práce se věnuje vývoji, testování a aplikací platforem pro studium mikroorganismů schopných přímé výměny elektronů s elektronickými zařízeními. Druhá část práce se věnuje elektrické stimulaci kmenových buněk pro jejich řízenou diferenciaci. Dále se zabývá fundamentálním studiem potenciálně škodlivých faradaických reakcí, ke kterým dochází v průběhu stimulačních protokolů používaných v klinické praxi. Všechny popsané projekty sdílí společné teoretické a praktické základy vycházející z chemického inženýrství, elektrochemie a materiálových věd. Sjednocující faktor hrající zásadní roli a objevující se napříč všemi projekty je skupina reakcí souvisejících s redukcí kyslíku. Redukce kyslíku je nezbytná reakce odehrávající se v katodovém poločlánku zařízení pro stadium elektroaktivních mikroorganismů. Redukce kyslíku a následná produkce reaktivních forem kyslíku může mít diskutabilně větší vliv na diferenciaci kmenových buněk pomocí elektrické stimulace než samotná elektrická stimulace. V neposlední řadě reakce související s redukcí kyslíku byly hlavními reakcemi, které jsme pozorovali při aplikaci standardních stimulačních protokolů. Disertace prezentuje stručný teoretický úvod nezbytný pro pochopení prezentovaných projektů. Definuje cíle a prezentuje výsledky formou komentovaného seznamu vědeckých publikací. Rovněž nastiňuje budoucí směřování práce. Hlavní dosažené výsledky mohou být shrnuty následujícím způsobem: Prvním cílem bylo vyvinout platformu založenou na poli mikrobiálních palivových článků pro elektrochemickou charakterizaci elektroaktivních mikroorganismů. Po sérii testovacích prototypů byla vyvinuta platforma splňující všechny předem určené parametry. Platforma se osvědčila jako dostatečně přesná a spolehlivá pro zamýšlené biologické experimenty. Dalším cílem bylo vyrobit platformu pro řízenou diferenciaci kmenových buněk pomocí elektrické stimulace. Bohužel připravená platforma se ukázala jako nespolehlivá a nevhodná pro daný účel. To vedlo k neúspěšné snaze o diferenci kmenových buněk požadovaným směrem. Nakonec jsme se zabývali reakcemi souvisejícími s redukcí kyslíku na elektrodách připravených z nejčastěji používaných materiálů pro neurální stimulaci. Kyslík může být redukovaný na vodu a na peroxid vodíku v závislosti na katalytické aktivitě daného materiálu a charakteru stimulačního protokolu. Změřili jsme množství redukovaného kyslíku a produkovaného peroxidu v blízkosti stimulačních elektrod při aplikaci standardních stimulačních protokolů. Následně jsme porovnali katalytickou aktivitu všech materiálů vzhledem k množství redukovaného kyslíku a produkovaného peroxidu vodíku. Hlavním zjištěním bylo, že všechny elektrodové materiály a všechny testované stimulační protokoly vedou k redukci kyslíku, v některých případech až k lokální hypoxii a všechny materiály generují peroxid vodíku, některé až v řádech jednotek mM. Tyto zjištění považujeme za velmi významné, jelikož ovlivnění koncentrace kyslíku a generace peroxidu vodíku mohou mít výrazný vliv na tkáň v okolí elektrod.
|
|
|
Electro-optical sensor for the detection of extracellular ions
Bellan, Boris ; Salyk, Ota (referee) ; Vala, Martin (advisor)
The aim of this work was to prepare a platform based on electrochemical transistor that would allow both electrical and optical detection of ion exchange between the electrolyte and the layer of organic semiconductor. Semiconductor that have been used in this work was poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate). The main goal was to verify whether the proposed platform meets the requirements of both characterization methods, and whether the sensitivity in the given arrangement is sufficient for the required range of analyte concentrations. The work also dealt with the study of the stability of the prepared platform in selected solvents and culture media, at the same time the method of optimizing the preparation of the photoresist foil and the completion of the OECT measuring cell was studied. A suitable solvent for polymethyl methacrylate was sought so that it did not affect the surrounding parts of the platform. Based on the obtained results, it was found that the selected photoresist for the preparation of the spacer frame is not suitable. However, it was found that the proposed platform satisfies both characterization methods. Therefore, it will be necessary to replace the current photoresist with a new, more chemically stable one.
|
|
|
Development of a sensing platform for the study of physiological functions of living cells
Marková, Aneta ; Víteček, Jan (referee) ; Vala, Martin (advisor)
The aim was to develop a sensing platform on the base of organic electrochemical transistor (OECT). The focus was on the preparation of proper electrode system and on optimalization of properties of thin layer of organic semiconductor. As a base, commercial glass substrates with integrated indium-tin oxide electrodes were chosen. Thin layers were prepared from organic semiconductor poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) by spin-coating. Four formulations of material were studied. Layers with different thickness were prepared and the dependence of transconductance on the thickness of the layer and ratio of width and length was observed. The degradation of electrode system was solved by galvanic plating with gold. Attention was also paid to modifications to PEDOT: PSS. It has been found that the optimal layer thickness for use in sensors is approximately 150 nm. By reducing the series resistance by using a silver paste, the transconductance of 23 mS was obtained for the Ink 2, for the Ink 3 the transconductance was 44 mS. Sensoric platforms with these transconductances can be used for detection of physiological functions of electrogenic cells, e.g. cardiomyocytes.
|
|
|
Optimization of printing of organic electronic devices printing for bioelectronics
Bráblíková, Aneta ; Hrabal, Michal (referee) ; Salyk, Ota (advisor)
This bachelor thesis is focused on optimization of printing of organic electronic devices printing for bioelectronics. The main goal of this bachelor thesis is a series of experiments devised to optimize semiconductive structures of PEDOT (semiconductive polymer) and description of the process used in the preparation of organic electrochemical transistors for biosensor by screen printing technology. The research focused on application of bioelectronics, printing technologies, conductive inks suitable for the preparation of OECTs (organic electrochemical tranzistors) and rheological properties of materials. Main conditions tested in the experimental part were temperature, stirring and additon of DMSO (dimethylsulfoxide) into a printing pasted. The evaluated parameters of materials were basic viscoelastic characteristics. At the ent of the thesis have been successfully designed the series of transistors to monitor cell cultures.
|
|
|
Organic tranistors for sensorics
Marková, Aneta ; Omasta, Lukáš (referee) ; Vala, Martin (advisor)
The aim was to find the best available commercial formulation of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) and methods and subsequent treatment of thin films for organic electrochemical transistors (OECT). These films will be used in bioelectronic sensors to measure the physiological function of cardiomyocytes. Studied material was PEDOT:PSS in six different formulations. Thin layers prepared by spin coating were modified in three ways, namely (i) immersion in ethylene glycol, (ii) drying and (iii) a combination of drying and ethylene glycol. The layers were then tested for the influence of ethylene glycol, thermal stability, the impact of storage, influence of aqueous medium, and additional thermal annealing. According to the results obtained, the most suitable treatment of most materials was immersion in ethylene glycol followed by thermal annealing of the layer. It was found that the most appropriate material formulation was Sigma Aldrich 739 316 treated by the combination of drying, immersion in ethylene glycol and thermal annealing.
|
guest ::
