|
|
Příprava organických elektrochemických tranzistorů pro biosenzoriku
Ehlich, Jiří ; Vala, Martin (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
Úkolem této je práce je popsat proces použitý při výrobě organických elektrochemických tranzistorů (OECTs) a z nich následně biosenzorů pro testování potenciálních léčiv srdečních buněk kardyomiocytů. Dále pak prozkoumat některé fyzikální vlastnosti připravených senzorů, jako adhezi jednotlivých materiálů, vodivost hotových struktur a jejich odolnost ve vodných roztocích. Jako primární technologie přípravy OECTs byl využit materiálový tisk speciálních inkoustů s elektrickými vlastnostmi na PET a PEN substrát a specifické úpravy povrchů před a po tisku. Výsledkem práce je ucelený pohled na technologii přípravy námi vytvořených biosenzorů.
|
|
|
Optimalizace tiskových metod přípravy organických polovodivých vrstev
Ehlich, Jiří ; Vala, Martin (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
Elektrofyziologické biosenzory umožňují moderním způsobem sledovat elektrické aktivity biologických struktur jak in-vitro, tak in-vivo a představují cenné doplnění k současným metodám pozorování buněčné aktivity. V rámci této práce se soustředíme na výrobu a optimalizaci procesů materiálového tisku organických elektrochemických tranzistorů (OECT) na bázi polovodivého polymeru PEDOT:PSS jakožto biosenzorů schopných převodu elektrochemických procesů uvnitř buněčné membrány na elektrický signál. Připravené senzory budou určeny k testování cytotoxicity chemických látek a potenciálních léčiv na srdečních buňkách (kardiomyocytech). Hlavní benefity OECT tkví v jejich zvýšené citlivosti díky schopnosti lokálně zesilovat signál, lepšímu poměru signál šum a skvělé biokompatibilitě. Jejich výroba je jednoduchá a levná díky nenáročné výrobní technologii a materiálům zpracovatelným za pokojových teplot.
|
|
|
Příprava a charakterizace mikro-referenčních elektrod pro bioelektronické systémy
Florian, Vojtěch ; Glowacki, Eric Daniel (oponent) ; Ehlich, Jiří (vedoucí práce)
Předmětem této práce byla konstrukce a měření dlouhodobé stability mikro-referentních elektrod na bázi anodizovaných Ag drátů a Ti drátů s Ag/AgCl pastou. V rámci této práce byl také sestrojen měřicí aparát, pomocí něhož byla dlouhodobá stabilita měřena. V dnešní době jsou na trhu dostupné komerční referentní elektrody. Tyto komerční produkty se vyznačují především výbornou dlouhodobou stabilitou, ale jsou příliš velké a drahé pro využití v bioelektronických systémech. Ve vědecké komunitě proto dochází v posledních letech o pokusy miniaturizace referentních elektrod. Bez nich není možné provádět velkou část elektrochemických měření. Na základě měření dlouhodobé stability bylo zjištěno, které ze zkoumaných vzorků splňují požadavky pro použití v bioelektronických systémech. Také bylo určeno, který ze zkoumaných vzorků je nejvhodnější. Posledním výsledkem této práce je měřicí aparát, pomocí něhož je možné měřit dlouhodobou stabilitu až třiceti dvou elektrod.
|
|
|
Elektrochemická charakterizace bioelektronických systémů
Runštuková, Nikola ; Salyk, Ota (oponent) ; Ehlich, Jiří (vedoucí práce)
Cílem této práce bylo elektrochemicky charakterizovat platformu 24 palivových článků pro velkoobjemový screening elektrogenních mikroorganismů a porovnat distribuci naměřených hodnot mezi jednotlivými články. V teoretické části se práce zabývá popisem elektrogenních bakterií, které jsou klíčové pro produkci proudu v mikrobiálních palivových článcích, popisem mikrobiálních palivových článků a metodami vhodnými k jejich charakterizaci. V experimentální části je uveden postup sestavení platformy včetně postupů měření. Výsledkem práce je charakterizace platformy před inokulací a po inokulaci pomocí měření napětí naprázdno, kontinuálního měření proudu, cyklické voltametrie, lineární voltametrie a elektrochemické impedanční spektroskopie. Díky těmto metodám byly zjištěny hodnoty napětí naprázdno, maximálního výkonu a vnitřního odporu a následně byly porovnány z hlediska distribuce těchto hodnot v rámci všech palivových článků. Provedenými experimenty tak byla ověřena správná funkce palivových článků.
|
|
|
Elektrochemická generace peroxidu vodíku pro biotechnologické aplikace
Runštuková, Nikola ; Kratochvíl, Matouš (oponent) ; Ehlich, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá propojením dvou odlišných oborů, elektrochemie a biotechnologie, kdy je elektrochemicky generovaný peroxid vodíku následně využit při bakteriálních kultivacích. Peroxid byl syntetizován v elektrolytickém článku redukcí kyslíku na katodě, na kterou byl aplikován vhodný elektrický potenciál. Cílem práce bylo prozkoumat závislost produkovaného množství peroxidu vodíku na několika vybraných parametrech, jako je katodový potenciál, elektrodový materiál, geometrie měřící cely či rychlost míchání, a následně tyto poznatky aplikovat při kontinuálním stresování bakterie Cupriavidus necator H16, za účelem zvýšené produkce polyhydroxyalkanoátů. Vybrané parametry byly nejprve otestovány v malých měřících celách a následně byly provedeny experimenty ve větším měřítku, tedy Erlenmeyerových baňkách. Během experimentů byla zkoumána velikost produkovaného elektrického proudu a měřena koncentrace peroxidu spektrofotometricky a koncentrace kyslíku pomocí optického senzoru. Na základě dosažených výsledků byly následně kultivovány bakterie v baňkách se zabudovaným systémem ocelových elektrod, díky nimž docházelo ke kontinuálnímu působení oxidačního stresu v podobě in situ generovaného peroxidu vodíku. Bakteriální kultury byly hodnoceny na základě změny optické hustoty, gravimetrické analýzy a analýzy pomocí GC-FID. Bylo zjištěno, že i malé množství peroxidu vodíku (~25 M) dokáže vyvolat stresovou odpověď organismu v podobě zvýšené syntézy polyhydroxybutyrátu (PHB). Bylo dosaženo procentuálního zvýšení obsahu PHB v biomase, nicméně celkový výtěžek polymeru byl nižší z důvodu nižšího nárůstu biomasy.
|
|
|
Novel Devices and Materials for Bioelectronics
Ehlich, Jiří ; Achilleas Savva, Ph.D (oponent) ; Cifra,, Michal (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
This dissertation represents a synthesis of projects I have been working on in the course of my Ph.D. studies. The projects evolve around a wide range of topics, which is the reason for the broad and general title. Projects described it the thesis involve the development of electronic tools which can be applied to several areas of bioelectronics: The first part of the thesis concerns platforms for the study of unique microorganisms capable of direct electron exchange with electronic devices. This involved design, fabrication, and application of such platforms. The second part of the thesis deals with electrical stimulation; its application to stem cells towards their directed differentiation, and fundamental studies of possibly harmful irreversible faradaic reactions happening in the course of broadly used electrical stimulation protocols applied in clinical practice. All the projects share core, common, theoretical, and practical foundation originating in chemical engineering, electrochemistry, and materials science. A unifying feature playing a major factor and appearing throughout all the projects would be a family of oxygen reduction reactions. Oxygen reduction is a necessary half-cell reaction taking place in the developed device studying electroactive microorganisms. Oxygen reduction and subsequent generation of reactive oxygen species might arguably play a significant role in the direct electrical stimulation of stem cells towards their differentiation. Lastly, oxygen reduction reactions were the main irreversible faradaic reactions we have been observing during standard electrical stimulation protocols. The thesis presents summarized theoretical background necessary to understand presented projects. Goals are defined. Results are introduced as a commented list of published scientific publications. Achieved outcomes are summarized and discussed. Also, a perspective into the future is given. Main results can be summarized as follows. First goal was to develop a platform for electrochemical characterization of electroactive microorganisms. The platform was based on 24 or 96-well Microbial Fuel Cell array. After two design iterations a prototype fulfilling all the intended requirements was developed, tested, and proven to be reliably working. Next, a multi-well platform of interdigitated electrodes was fabricated and used for electrical stimulation of stem cells. Unfortunately, the platform turned out to be unreliable and not working properly which resulted in the failed attempt to differentiate stem cells into a specific type of cells. Lastly, we have examined oxygen reduction reactions (ORRs) on electrodes made of typical materials used for neural stimulation electrodes. Oxygen can be reduced either to water or hydrogen peroxide. Both reactions can significantly reduce the quantity of dissolved oxygen near the electrode, creating hypoxic conditions harmful to neurons. Peroxide, meanwhile, can induce toxic reactions or act as a signaling molecule. We have examined the amount of reduced oxygen and produced peroxide by various stimulation protocols using amperometric sensors and compared electro-catalytic activities of studied materials. Main finding is that typical protocols lead to irreversible ORRs. Some electrode materials induce highly hypoxic conditions, others additionally produce hydrogen peroxide into the mM range.
|
|
|
Příprava a charakterizace mikro-referenčních elektrod pro bioelektronické systémy
Florian, Vojtěch ; Glowacki, Eric Daniel (oponent) ; Ehlich, Jiří (vedoucí práce)
Předmětem této práce byla konstrukce a měření dlouhodobé stability mikro-referentních elektrod na bázi anodizovaných Ag drátů a Ti drátů s Ag/AgCl pastou. V rámci této práce byl také sestrojen měřicí aparát, pomocí něhož byla dlouhodobá stabilita měřena. V dnešní době jsou na trhu dostupné komerční referentní elektrody. Tyto komerční produkty se vyznačují především výbornou dlouhodobou stabilitou, ale jsou příliš velké a drahé pro využití v bioelektronických systémech. Ve vědecké komunitě proto dochází v posledních letech o pokusy miniaturizace referentních elektrod. Bez nich není možné provádět velkou část elektrochemických měření. Na základě měření dlouhodobé stability bylo zjištěno, které ze zkoumaných vzorků splňují požadavky pro použití v bioelektronických systémech. Také bylo určeno, který ze zkoumaných vzorků je nejvhodnější. Posledním výsledkem této práce je měřicí aparát, pomocí něhož je možné měřit dlouhodobou stabilitu až třiceti dvou elektrod.
|
|
|
Elektrochemická charakterizace bioelektronických systémů
Runštuková, Nikola ; Salyk, Ota (oponent) ; Ehlich, Jiří (vedoucí práce)
Cílem této práce bylo elektrochemicky charakterizovat platformu 24 palivových článků pro velkoobjemový screening elektrogenních mikroorganismů a porovnat distribuci naměřených hodnot mezi jednotlivými články. V teoretické části se práce zabývá popisem elektrogenních bakterií, které jsou klíčové pro produkci proudu v mikrobiálních palivových článcích, popisem mikrobiálních palivových článků a metodami vhodnými k jejich charakterizaci. V experimentální části je uveden postup sestavení platformy včetně postupů měření. Výsledkem práce je charakterizace platformy před inokulací a po inokulaci pomocí měření napětí naprázdno, kontinuálního měření proudu, cyklické voltametrie, lineární voltametrie a elektrochemické impedanční spektroskopie. Díky těmto metodám byly zjištěny hodnoty napětí naprázdno, maximálního výkonu a vnitřního odporu a následně byly porovnány z hlediska distribuce těchto hodnot v rámci všech palivových článků. Provedenými experimenty tak byla ověřena správná funkce palivových článků.
|
|
|
Optimalizace tiskových metod přípravy organických polovodivých vrstev
Ehlich, Jiří ; Vala, Martin (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
Elektrofyziologické biosenzory umožňují moderním způsobem sledovat elektrické aktivity biologických struktur jak in-vitro, tak in-vivo a představují cenné doplnění k současným metodám pozorování buněčné aktivity. V rámci této práce se soustředíme na výrobu a optimalizaci procesů materiálového tisku organických elektrochemických tranzistorů (OECT) na bázi polovodivého polymeru PEDOT:PSS jakožto biosenzorů schopných převodu elektrochemických procesů uvnitř buněčné membrány na elektrický signál. Připravené senzory budou určeny k testování cytotoxicity chemických látek a potenciálních léčiv na srdečních buňkách (kardiomyocytech). Hlavní benefity OECT tkví v jejich zvýšené citlivosti díky schopnosti lokálně zesilovat signál, lepšímu poměru signál šum a skvělé biokompatibilitě. Jejich výroba je jednoduchá a levná díky nenáročné výrobní technologii a materiálům zpracovatelným za pokojových teplot.
|
|
|
Příprava organických elektrochemických tranzistorů pro biosenzoriku
Ehlich, Jiří ; Vala, Martin (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
Úkolem této je práce je popsat proces použitý při výrobě organických elektrochemických tranzistorů (OECTs) a z nich následně biosenzorů pro testování potenciálních léčiv srdečních buněk kardyomiocytů. Dále pak prozkoumat některé fyzikální vlastnosti připravených senzorů, jako adhezi jednotlivých materiálů, vodivost hotových struktur a jejich odolnost ve vodných roztocích. Jako primární technologie přípravy OECTs byl využit materiálový tisk speciálních inkoustů s elektrickými vlastnostmi na PET a PEN substrát a specifické úpravy povrchů před a po tisku. Výsledkem práce je ucelený pohled na technologii přípravy námi vytvořených biosenzorů.
|
host ::
RSS.