|
|
Biosensors based on functionalized graphene
Pavlásková, Lucie ; Skládal, Petr (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
In this work, a graphene field-effect transistor (GFET) was demonstrated as a sensing platform for glucose detection. The linker molecule pyrenebutanoic acid succinimidyl ester (PSE) and enzyme glucose oxidase (GOx) were successfully employed to functionalize the graphene channel in FET. The GOx enzyme was immobilized on the channel for glucose detection as it induces a selective catalytic glucose reaction. The functionalization process was characterized by Raman spectroscopy and Atomic force microscopy (AFM). The fabricated graphene-based biosensors enabled the electrical detection of glucose in two different setups. In the FET setup, through the Dirac point shift in the charge transfer characteristics, as well as in the setup for continuous real-time monitoring, through the resistance change of graphene channel. This study indicates that graphene holds great promise for the development of nanoelectronic biosensors including glucose level monitoring applications.
|
|
|
Patterning of excitable cells on multi-electrode arrays
Slavík, Jan ; doc. RNDr. Petr. Skládal, CSc. (oponent) ; Průcha,, Jaroslav (oponent) ; Hubálek, Jaromír (vedoucí práce)
The work deals with the alignment of excitable cells on multielectrode arrays. First, the alignment of excitable cells was analyzed. Embryonic neurons from rat hippocampus and HL-1 cells, which are derived from the AT-1 line of tumor mouse atrial cardiomyocytes, were used. Alignment was tested on ridged surfaces and on surfaces with materials with different cellular affinities. It was demonstrated, that both neurons and HL-1 cells aligned in direction of ridges on ridges surface, but only neurons aligned on surface with different chemical affinity. Further, own multielectrode arrays were made, the HL-1 cells were cultured on the multielectrode arrays, and the action potentials of the HL-1 cells were measured and analyzed. The aim was to prove that it is possible to measure the action potential on the fabricated multi-electrode arrays. A special multielectrode array with a uniform surface was made to align cells on a multielectrode array. This multielectrode array is called a planar multielectrode array. The planar multielectrode arrays were made by a special fabrication process. The layers of the planar multielectrode array were deposited on the sacrificial substrate in the reverse order. The sacrificial substrate for deposition was silicon wafer on which was deposited another sacrificial layer from gold. The upper insulating layer of planar multielectrode array was deposited first and the lowest substrate layer was deposited last. Then the planar multielectrode array with the sacrificial gold layer was peeled off from silicon due to the low adhesion of gold to silicon and planar multielectrode array turned upside down. The sacrificial gold layer was removed by a wet etchant and planar multielectrode array was finished. On a planar multielectrode array, the HL-1 cells were patterned into strips by a chemical method using a combination of microprinting of an adhesive agent and subsequent coating by an anti-adhesive agent of not microprinted areas. The electrophysiological properties of aligned HL-1 cells were measured using the planar multielectrode array. By this experiment, it was introduced fabrication technology for fabrication of planar multielectrode arrays and the planar multielectrode array was successfully tested for HL-1 cells alignment on its surface by combination of microprinting of an adhesive agent and anti-adhesive agent coating.
|
|
|
NÁVRH OPTOVLÁKNOVÉHO BIOSENZORU SE SPEKTRÁLNÍ ANALÝZOU V BLÍZKÉ INFRAČERVENÉ OBLASTI
Křepelka, Pavel ; Jakubec,, Martin (oponent) ; Skládal, Petr (oponent) ; Mikulka, Jan (vedoucí práce)
Práce se zabývá měřením a interpretací NIR spekter bakteriálních buněk a výzkumem biosenzorických technik, využívající tuto analytickou techniku. Je zde rozebrán současný stav vědění v oblasti NIR spektroskopie v mikrobiologii a technologie optovláknových biosenzorů. Z rozboru vyplývá, že NIR je vhodnou technikou pro přímou molekulární analýzu bakterií, která však trpí nízkou citlivostí a nedostatečnou interpretací bakteriálních spekter. V další části práce je uveden teoretický rozbor technik spektrální analýzy a technologie optovláknových senzorů. V praktické části práce jsou představeny experimenty a výzkum vedoucí k odstranění těchto nevýhod NIR spektroskopie v mikrobiologii. Je zde shrnuta řada experimentů sloužící k interpretaci NIR spekter bakterií a návrh optovláknového senzoru pro zvýšení citlivosti této techniky. V této práci byly určeny a částečně interpretovány spektrální regiony důležité pro identifikaci bakteriálních kmenů a navržen senzor pro analýzu bakterií, který je schopný klasifikovat kmeny na základě 105 zachycených buněk. Tím byly splněny cíle této práce.
|
|
|
Magnetické částice jako reverzibilní nosič pro enzymové elektrody
Janíček, Zdeněk ; Žeravík,, Jiří (oponent) ; Skládal,, Petr (vedoucí práce)
Diplomová práce obsahuje informace o používaných enzymech, biosenzorech, enzymových biosenzorech a magnetických částicích. Cholinesterasa (ChE) je obecné označení pro dva příbuzné enzymy, vzájemně se lišící výskytem a biologickou funkcí. Acetylcholinesterasa (AChE) je nezbytná při přenosu nervového vzruchu. Nachází se na cholinergních synapsích, kde působí hydrolýzu neurotransmiteru acetylcholinu a tím i terminaci nervového vzruchu. Příbuzná je butyrylcholinesterasa (BChE) přítomná v séru. Experimentální část byla zaměřena na elektrochemické enzymové biosenzory s cholinesterasou využívající magnetické částice pro reversibilní obnovu biorekogniční vrstvy. Imobilizace cholinesterasy na magnetické částice byla provedena kovalentní vazbou po aktivaci glutaraldehydem. Měření aktivity probíhalo s acetylthiocholinem jako substrátem v průtočném systému, magnetické částice byly zachyceny před platinovou elektrodou a produkovaný thiocholin se detekoval amperometricky. Cílem bylo měřit inhibici AChE. Významná je inhibice ChE způsobovaná některými léky a pesticidy na bázi organofosfátů. Zde byla testována inhibice AChE pesticidem dichlorvosem. Důraz byl kladen na nalezení vhodných experimentálních podmínek pro vytvoření automatizovaného postupu k měření aktivity AChE, který byl založen na autoinjektoru a pumpách firmy Gilson spolu s programem 735 pro definici pracovní konfigurace, přípravu měřících skriptů a provádění aplikačních metod.
|
|
|
Použití kovových a polovodičových nanostruktur pro biodetekci
Kejík, Lukáš ; Skládal, Petr (oponent) ; Kolíbal, Miroslav (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá dvěma způsoby aplikace zlatých diskových nanostruktur vykazujících plazmonové rezonance pro biodetekci. První část se týká detekce změny fáze na plazmonických anténách pomocí koherencí řízeného holografického mikroskopu. Bylo zjištěno, že změna fáze se zvýrazňuje s rostoucí vlnovou délkou osvitu, kdy je buzena plazmonová rezonance na anténách větších rozměrů. Dále byla prokázána citlivost fáze na změnu indexu lomu okolního prostředí, přičemž největší fázová změna nastala pro antény v rezonanci s vlnovou délkou osvitu. Druhá část práce se týká kombinace optické spektroskopie detekující plazmonové rezonance a voltametrie charakterizující elektrochemickou aktivitu. V této části byl pozorován postupný posuv rezonanční vlnové délky v přítomnosti SSC pufru, avšak tento vliv je s časem stále menší. Provedené experimenty také ukázaly nevhodnost užití kyslíkového plazmatu k čištění povrchu vzorku, protože způsobuje oxidaci kovů včetně zlata.
|
|
|
Příprava a charakterizace komplexních nanočástic s využitím zejména frakcionace v tokovém poli a pokročilých spektroskopických metod
Kotouček, Jan ; Krejsek,, Jan (oponent) ; Skládal, Petr (oponent) ; Turánek,, Jaroslav (vedoucí práce)
Liposomy představují univerzální biokompatibilní a biodegradabilní nosiče pro celou řadu medicínských aplikací. Jako jediné z nanočástic byly doposud schváleny pro farmaceutické použití a celá řada přípravků na bázi liposomů je v klinickém testování. Klasické metody přípravy liposomů představují potenciální omezení v převádění technologie z laboratorního do průmyslového měřítka. Nové, mikrofluidní techniky tyto omezení do jisté míry překonávají a nabízejí nové možnosti kontrolované, kontinuální přípravy liposomálních částic. Důležitým prvkem při vývoji nových, nanočásticových systémů je jejich komplexní charakterizace a purifikace. Kromě ustálených chromatografických technik se dostátá do popření technika Frakcionace v tokovém v poli, a to zejména Frakcionace tokem v asymetrickém tokovém poli (Asymmetrical flow Field-flow fractionation). Tato relativně nová technika ve spojení z online detektory MALS/DLS/DAD-UV/dRI umožnuje purifikaci a charakterizaci komplexních vzorků. Hlavní výhoda této techniky spočívá v možnosti separace za nativních podmínek, což hraje důležitou roli při separaci zejména biopolymerů. Separace v „prázdném“ kanále poté eliminuje degradaci vzorku v důsledku nechtěných interakcí na rozhraní stacionární fáze. Teoretická část teto práce popisuje jednak možnosti přípravy, modifikace zejména liposomálních nanočástic. Sumarizuje jejich možnosti využití a charakterizaci. K tomu účelu jsou zde popsány optické metody na bázi dynamického rozptylu světla, Multi-angle dynamic light scattering a Nanoparticle tracking analysis a také neoptická metoda využívající průchodu částic membránou tzv. „particle by particle” metoda Tunable resistive pulse sensing. Samostatnou kapitolou teoretické části je technika Frakcionace tokem v asymetrickém tokovém poli ve spojení z výše uvedenými detektory. Důležité výsledky spojené s touto prací jsou sumarizovány v přiložených vědeckých publikacích. V této práci jsou poté uvedeny krátké přehledy a autorovy přínosy k těmto přiloženým publikacím.
|
|
|
Aplikace nanotechnologií pro detekci biomolekul
Váňa, Rostislav ; Skladal,, Petr (oponent) ; Kolíbal, Miroslav (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá použitím kovových nanostruktur k detekci biomolekul. Byl vytvořen postup pro stabilizaci roztoků zlatých nanočástic pro lepší použitelnost v biologických vzorcích a biochemických procesech, kde mohou být použity různé koncentrace solí nebo různé pH. Byl vytvořen model optických vlastností těchto nanočástic, který byl podpořen spektroskopickými měřeními. V práci jsou také na experimentech demonstrovány možnosti využití plazmonických nanostruktur na površích v oblasti detekce biomolekul.
|
|
|
Study of Biomolecular Interactions with Surface Plasmon Resonance Biosensors
Šípová, Hana ; Homola, Jiří (vedoucí práce) ; Houska, Milan (oponent) ; Skládal, Petr (oponent)
Biosenzory s povrchovými plasmony (SPR biosenzory) jsou moderní technologií, která umožňuje sledování biomolekulárních interakcí v reálném čase. Tato doktorská práce popisuje jejich vývoj a aplikaci pro studium a detekci vybraných biomolekulární interakcí. Mezi optimalizované parametry patří způsob imobilizaci biomolekul na povrch SPR čipu a parametry mikrofluidického systému, který zajišťuje dopravu vzorku do reakční komůrky. Je diskutováno několik způsobů, jak transport biomolekul k povrchu senzoru zrychlit a tak zvíšit citlivost senzoru pro detekované látky. Dále je popsáno několik detekčních schémat, které umožňují detekci nízkých koncentrací nukleových kyselin v reálných vzorcích, resp. detekci bodových mutací v sekvenci nukleové kyseliny. Byly vyvinuty nové metody pro studium enzymatické aktivity HIV integrázy a ribonukleázy H, které mohou sloužit k vývoji antivirálních léčiv, resp. léčiv pro genovou terapii.
|
|
|
Functional biomolecular coatings for affinity biosensors for medical diagnostics
Hemmerová, Erika ; Homola, Jiří (vedoucí práce) ; Procházka, Marek (oponent) ; Skládal, Petr (oponent)
DISERTAČNÍ PRÁCE Název práce: Funkční biomolekulární soubory pro afinitní biosenzory pro medicinální diagnostiku Autor: Erika Hemmerová Školící pracoviště: Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i. Chaberská 1014/57, 182 51 Praha 8, Česká republika Školitel: Prof. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc., Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i. Chaberská 1014/57, 182 51 Praha 8, Česká republika Abstrakt: Mezi hlavní cíle současné medicinální diagnostiky patří schopnost spolehlivě identifikovat onemocnění již v jeho nejranějších stadiích. Naplnění takového cíle vyžaduje jednak výzkum biomolekulárních procesů zodpovědných za rozvoj daného onemocnění, a zároveň vývoj analytických technologií vhodných pro pravidelné a dlouhodobé sledování individuálního zdravotního stavu. Biosenzory s povrchovými plasmony (SPR biosenzory) představují technologii, která má potenciál podílet se na rozvoji obou těchto aspektů. Tato práce se zaměřuje na rozvoj metody SPR biosenzorů na vícero úrovních. Zahrnuje studium a optimalizaci vybraných funkčních biomolekulárních souborů s cílem zlepšit funkční charakteristiky SPR biosenzorů. Zároveň ukazuje použití těchto funkčních biomolekulárních souborů ve vývoji nových detekčních platforem pro stanovování nízkých koncentrací vybraných chemických a biomolekulárních analytů, a ve...
|
|
|
Electronic effects at the interface between biomolecules, cells and diamond
Krátká, Marie ; Rezek, Bohuslav (vedoucí práce) ; Cifra, Michal (oponent) ; Skládal, Petr (oponent)
Pro biomedicínské aplikace, jako jsou biosenzory, bioelektronika, tkáňové inženýrství, optimalizace materiálů pro implantáty, monitorování životního prostředí atd., je zásadní interakce mezi biologickým prostředím (buňky, proteiny, tkáně, membrány, elektrolyty apod.) a povrchem pevné látky. Diamant může v tomto směru poskytnout unikátní kombinaci výborných polovodičových, mechanických, chemických, biokompatibilních a dalších vlastností. V této dizertační práci charakterizujeme elektronické vlastnosti rozhraní protein- diamant pomocí polních tranzistorů na bázi diamantu zakončeného vodíkem, jehož hradlo je vystaveno biologickému médiu (SGFET). Objasňujeme roli adsorbované proteinové vrstvy na elektronickou odezvu diamantového tranzistoru. Zkoumáme vliv buněk (převážně osteoblastů jako modelových buněk) na převodní charakteristiky a na svodové proudy diamantových polních tranzistorů. Pro posouzení vlivu hranic zrn a sp2 fáze na bio-elektronickou funkci diamantových SGFETů jsme použili vrstvy nanokrystalického diamantu o různých velikostech zrn (80 nm - 250 nm). Studujeme vliv gamma záření na funkci a stabilitu diamantových polních tranzistorů s proteiny a buňkami, což může být užitečné pro monitorování biochemických procesů během radiační léčby. Vyvinuli a otestovali jsme přenosné zařízení pro měření...
|
host ::
RSS.