|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Organické tranzistory pro senzoriku
Marková, Aneta ; Omasta, Lukáš (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Cílem práce bylo nalézt nejvhodnější dostupnou komerční formulaci materiálu poly(3,4-ethylendioxythiofen):poly(styrensulfonát) (PEDOT:PSS) a metodu přípravy a úpravy tenkých vrstev, které mohou sloužit jako polovodič v organických elektrochemických tranzistorech (OECT). Cílem bylo připravit vrstvy s takovými parametry, které budou vyhovovat následnému využití v biosenzorech k monitorování fyziologických funkcí kardiomyocytů. Bylo studováno šest různých formulací materiálu PEDOT:PSS. Tenké vrstvy byly nanášeny rotačním litím. Připravené vrstvy byly upravovány třemi způsoby, a to (i) působením ethylenglykolu, (ii) sušením a (iii) kombinací sušení a ethylenglykolu. Vrstvy byly testovány z hlediska vlivu ethylenglykolu, teplotní stálosti, vlivu skladování, působení vodného prostředí a dodatečného žíhání. Na základě porovnání získaných výsledků se jevila u většiny materiálů jako nejvhodnější úprava vrstvy nejprve ethylenglykolem s následným vyžíháním. Jako nejvhodnější materiál byl identifikován SIGMA ALDRICH 739 316 s úpravou vrstvy kombinací sušení, ethylenglykolu a žíhání.
|
|
|
Elektro-optický senzor pro detekci extracelulárních iontů
Bellan, Boris ; Salyk, Ota (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Cílem práce bylo připravit platformu organického elektrochemického tranzistoru, která by umožňovala elektrickou i optickou detekci výměny iontů mezi elektrolytem a vrstvou organického polovodiče, kterým byl poly(3,4-ethylenedioxythiofen):poly(styrensulfonát). Cílem bylo ověřit, zda navržená platforma vyhovuje požadavkům obou metod charakterizace, a zda při daném uspořádání je citlivost dostačující v požadovaném rozsahu koncentrací analytu. Práce se také zabývala studiem stability platformy ve vybraných rozpouštědlech a kultivačních mediích, současně byla studována metoda optimalizace přípravy distančního rámečku a kompletace měřicí cely OECT. Bylo hledáno vhodné rozpouštědlo polymethylmethakrylátu tak, aby toto rozpouštědlo neovlivňovalo okolní části platformy. Na základě získaných výsledků bylo zjištěno, že zvolený fotorezist pro přípravu distančního rámečku není vhodný. Nicméně, bylo zjištěno, že navržená platforma vyhovuje oběma metodám charakterizace. Při studiu detekce výměny iontů bude tedy nutné současný fotorezist nahradit novým, více chemicky stabilním.
|
|
|
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.
|
|
|
Elektro-optický senzor pro detekci extracelulárních iontů
Bellan, Boris ; Salyk, Ota (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Cílem práce bylo připravit platformu organického elektrochemického tranzistoru, která by umožňovala elektrickou i optickou detekci výměny iontů mezi elektrolytem a vrstvou organického polovodiče, kterým byl poly(3,4-ethylenedioxythiofen):poly(styrensulfonát). Cílem bylo ověřit, zda navržená platforma vyhovuje požadavkům obou metod charakterizace, a zda při daném uspořádání je citlivost dostačující v požadovaném rozsahu koncentrací analytu. Práce se také zabývala studiem stability platformy ve vybraných rozpouštědlech a kultivačních mediích, současně byla studována metoda optimalizace přípravy distančního rámečku a kompletace měřicí cely OECT. Bylo hledáno vhodné rozpouštědlo polymethylmethakrylátu tak, aby toto rozpouštědlo neovlivňovalo okolní části platformy. Na základě získaných výsledků bylo zjištěno, že zvolený fotorezist pro přípravu distančního rámečku není vhodný. Nicméně, bylo zjištěno, že navržená platforma vyhovuje oběma metodám charakterizace. Při studiu detekce výměny iontů bude tedy nutné současný fotorezist nahradit novým, více chemicky stabilním.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Organické tranzistory pro senzoriku
Marková, Aneta ; Omasta, Lukáš (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Cílem práce bylo nalézt nejvhodnější dostupnou komerční formulaci materiálu poly(3,4-ethylendioxythiofen):poly(styrensulfonát) (PEDOT:PSS) a metodu přípravy a úpravy tenkých vrstev, které mohou sloužit jako polovodič v organických elektrochemických tranzistorech (OECT). Cílem bylo připravit vrstvy s takovými parametry, které budou vyhovovat následnému využití v biosenzorech k monitorování fyziologických funkcí kardiomyocytů. Bylo studováno šest různých formulací materiálu PEDOT:PSS. Tenké vrstvy byly nanášeny rotačním litím. Připravené vrstvy byly upravovány třemi způsoby, a to (i) působením ethylenglykolu, (ii) sušením a (iii) kombinací sušení a ethylenglykolu. Vrstvy byly testovány z hlediska vlivu ethylenglykolu, teplotní stálosti, vlivu skladování, působení vodného prostředí a dodatečného žíhání. Na základě porovnání získaných výsledků se jevila u většiny materiálů jako nejvhodnější úprava vrstvy nejprve ethylenglykolem s následným vyžíháním. Jako nejvhodnější materiál byl identifikován SIGMA ALDRICH 739 316 s úpravou vrstvy kombinací sušení, ethylenglykolu a žíhání.
|
host ::
RSS.