|
|
Printed Biosensor Based on Organic Electrochemical Transistor
Omasta, Lukáš ; Mikula, Milan (oponent) ; Boušek, Jaroslav (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
Organic electronic devices arise as a suitable solution for bioelectronics sensor development, due to the good biocompatibility of organic semiconductors. So-called biosensors can convert electrochemical processes into an electronic signal. A matrix of such biosensors can simultaneously scan a number of biological samples or tissues of the living systems. The active part of the device is an Organic Electrochemical Transistor (OECT). In this work, the theoretical background on such device and its characterization, application in cell-based biosensors, methods of fabrication together with the current state of the art in the field of organic electronics are discussed. The experimental part contains specific manufacturing procedures of OECT devices development employed. The main emphasis is given on the ability of produced devices to detect response and monitor the stimulation of electrogenic cells. To this end, microplate patterns with a multielectrode array of OECTs based on the semiconductive polymer PEDOT:PSS was developed and fabricated using conventional printing methods (inkjet printing and screen printing). Standard lithographic procedures were also employed. The latest devices with the highest achieved signal amplification of g = 2.5 mS and the time constant of t = 0.15 s were produced. These are comparable or even better than some state of the art fully lithographically prepared ones.
|
|
|
Mikroelektrodová pole pro bioelektroniku
Bráblíková, Aneta ; Vala, Martin (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
Organické elektronické biosenzory jsou vyvíjené jako vhodná zařízení, která dokážou přeměnit elektrochemické procesy uvnitř buněčné membrány na elektronický signál a umožňují sledovat aktivitu excitabilních buněk a tkání jak in vitro, tak in vivo a představují tak hodnotné doplnění k současným metodám monitorování buněčné aktivity. V rámci této práce se soustředíme na výrobu elektrofyziologických snímačů na bázi organických polovodičů tištěné metodou materiálového tisku. Aktivní součástí zařízení jsou mikroelektrodová pole (MEA), která jsou schopna nejen sledovat buněčnou aktivitu, ale rovněž dokážou buňky stimulovat elektrickými pulzy. Navržená platforma bude určená k testování cytotoxicity potenciálních léčiv, zejména na srdečních buňkách (kardiomyocytech). Experimentální část se zabývá konkrétními výrobními postupy platforem, které byly připravované v laboratoři s důrazem kladeným na biokompatibilitu a vodivost zařízení.
|
|
|
Studium elektrických a dielektrických vlastností iontových kapalin
Mitáčková, Martina ; Pospíšil, Jan (oponent) ; Zmeškal, Oldřich (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce je zaměřena na studium elektrických a dielektrických vlastností iontových kapalin. Pro měření těchto vlastností byly použity dva typy OECT substrátů s odlišnou délkou polovodivého kanálu z PEDOTu:PSS. Dielektrické vlastnosti byly měřeny pomocí impedanční spektroskopie, kdy se měřila závislost hodnoty impedance a jejího fázového úhlu na frekvenci napětí. Pomocí V-A charakteristik bylo zjištěno, že k nejlepšímu zavírání polovodivého kanálu dochází při kladném napětí UGD. Pro toto napětí byly porovnány spínací rychlosti různých iontových kapalin.
|
|
|
Studium možností zvýšení biokompatibility povrchů organických polovodičů
Malečková, Romana ; Šafaříková, Eva (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá možností zvýšení biokompatibility organického polovodivého polymeru PEDOT:PSS pomocí RGD peptidu pro konstrukci biosenzorů. Připraveny a porovnávány byly vzorky, kde byl RGD peptid navázán přímo, a také vzorky s peptidem navázaným přes molekulu síťovacího činidla sulfo-SANPAH. Zda se RGD peptid na substrát navázal bylo zjišťováno metodou měření kontaktního úhlu kapalin s následným výpočtem povrchové energie. Výsledky byly dále ověřeny pomocí elementární analýzy, infračervené spektrometrie a Ramanovy spektroskopie.
|
|
|
Vývoj senzorické platformy pro studium fyziologických funkcí buněk
Marková, Aneta ; Víteček, Jan (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Cílem práce bylo vyvinout senzorickou platformu na bázi organického elektrochemického tranzistoru (OECT). Hlavní pozornost byla soustředěna na přípravu vhodného elektrodového systému a na optimalizaci vlastností vrstvy organického polovodiče. Jako podložky byly zvoleny komerční skleněné substráty s integrovanými elektrodami z oxidu india a cínu. Tenké vrstvy byly připravovány rotačním litím z organického polovodiče poly(3,4-ethylendioxythiofenu):poly(styrensulfonátu) (PEDOT:PSS). Studovány byly čtyři vybrané formulace tiskových inkoustů. Byly připraveny tenké vrstvy o různé tloušťce, u nichž byl sledován vliv tloušťky vrstvy a poměru šířky a délky vodivého kanálu na transkonduktanci. Byla řešena degradace elektrodového systému pomocí galvanického pokovování zlatem. Pozornost byla také věnována modifikacím materiálu PEDOT:PSS. Bylo zjištěno, že optimální tloušťka vrstvy pro použití v senzorech je přibližně 150 nm. Snížením sériového odporu pomocí stříbrné pasty byla pro vzorek Ink 2 zjištěna transkonduktance 23 mS, pro vzorek Ink 3 pak byla transkonduktance 44 mS. Senzorické platformy vykazující tyto hodnoty jsou již použitelné pro detekci fyziologických funkcí elektrogenních buněk, např. kardiomyocytů.
|
|
|
Studium degradace perovskitových solárních článků
Hrbková, Silvie ; Novák, Vítězslav (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Práce se zabývala studiem degradace perovskitových fotovoltaických článků při jejich uložení v atmosférách s odlišnou vlhkostí. Byly připraveny fotovoltaické články s inverzní strukturou ITO/ PEDOT:PSS/ CH3NH3PbI3–XClX/ PC70BM/ Ca/ Al. Po dobu 2 měsíců byly měřeny jejich elektrické charakteristiky. U všech vzorků byl sledován podobný trend degradace. Doba, za kterou došlo k poklesu účinnosti konverze PCE na 20 % původní hodnoty v laboratorní atmosféře činilo t80= 46±3 dní, v dusíkové atmosféře t80=23±1 dní a v suché atmosféře t80=25,7±0,6 dní. Prvních 27 dní experimentu probíhala rychlejší degradace spojena s poklesem parametrů ISC, FF i VOC. Poté se hodnota FF ustálila na 0,777±0,009 % a hodnota VOC na 0,70±0,02 % své původní hodnoty (v laboratorní atmosféře). Další pokles účinnosti konverze byl zapříčiněn pouze poklesem ISC a byl pomalejší. Ze získaných výsledků vyplynulo, že enkapsulace tvořila po dobu experimentu dostatečnou ochranu proti vnější vlhkosti. Za původ probíhající degradace byla označena zbytková vlhkost ve struktuře fotovoltaických článků, která se do ní dostala při přípravě s hygroskopickou vrstvou PEDOT:PSS. Dále byla provedena měření absorpčních spekter fotovoltaických článků, která v průběhu jejich degradace nevykázala změnu. Lze tedy vyloučit snížení hodnoty ISC vlivem snížení absorpce dopadajícího záření. Práce se také zabývala degradací perovskitového fotovoltaického článku při ozařování. Vzorky byly po dobu 55,5 hodin vystaveny UV záření. Čas, za který došlo k poklesu PCE o 80 % byl t80 = 6±2 dní. Bylo zjištěno, že UV záření významně urychluje pokles parametru ISC.
|
|
|
Optimalizace tisku organických elektronických struktur pro bioelektroniku
Bráblíková, Aneta ; Hrabal, Michal (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
Předložená práce se zabývá optimalizací tisku elektronických organických struktur pro bioelektroniku. Hlavním cílem této bakalářské práce bylo provedení série pokusů navržených za účelem optimalizace polovodivých struktur PEDOT:PSS (polovodivý polymer) a dále také popis procesu technologie sítotisku, který byl využit při přípravě organických elektrochemických tranzistorů pro biosenzoriku. V teoretické části je vypracovaná rešerše zaměřená na aplikace bioelektroniky, dále jsou v teoretické části popsány tiskové technologie a vodivé inkousty vhodné pro přípravu OECTs (organic electrochemical tranzistors), včetně reologických vlastností polymerních materiálů. Hlavními aspekty pokusů, jejichž vliv byl studován, byly teplota, míchání a příměs DMSO (dimethylsulfoxid) do tiskové pasty, kde sledovanými parametry výsledného materiálu byly základní viskoelastické charakteristiky. V závěru práce byla úspěšně navržena série tranzistorů pro monitorování buněčných kultur.
|
|
|
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.
|
|
|
Elektronické vlastnosti biosenzorů
Netočný, Martin ; Vala, Martin (oponent) ; Salyk, Ota (vedoucí práce)
V úvodní části se pojednává o organických tenkovrstvých tranzistorech a jejich možném využití jako chemických a biologických senzorů. Střední část pojednává o elektrických vlastnostech zařízení OECT v přechodném ději a ustáleném stavu a potenciálním využití OECT zařízení pro sledování buněk. Závěrečná experimentální část se zabývá vlivem teploty, stárnutí, prostředí elektrolytu a geometrie na funkci OECT zařízení.
|
|
|
Studium elektrických a dielektrických vlastností iontových kapalin
Maráčková, Lucie ; Nešpůrek, Stanislav (oponent) ; Zmeškal, Oldřich (vedoucí práce)
Bakalářská práce je zaměřena na studium elektrických a dielektrických vlastností iontových kapalin ve formě roztoků a tenkých vrstev. Z volt-ampérových charakteristik bylo určeno průrazné napětí v roztoku. Byly také měřeny frekvenční závislosti, které byly použity pro výpočet hodnot paralelní vodivosti a kapacity iontových kapalin. Bylo zjištěno, že roztoky obsahují model s jednou paralelní kombinací vodivosti a kapacity. Tenké vrstvy byly vytvořeny smícháním PEDOT:PSS se dvěma iontovými kapalinami, 1-butyl-3- methylimidazolium trifluoromethansulfonát a 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborát. Jak je patrné z volt-ampérových charakteristik, tyto tenké vrstvy vytvořily elektrochemický článek. Frekvenční závislosti jsou mnohem komplexnější, model obsahoval 2 resp. 3 paralelních vodivosti a kapacity, které byly ovlivněny vlastnostmi PEDOT:PSS a vlastnostmi iontových kapalin.
|
host ::
RSS.