Laboratoř nanotechnologií

Vědecko-výzkumná laboratoř skupiny Nanosenzory pro biomedicínu.

V Laboratoř molekulárně diagnostických metod se zabýváme studiem nanočástic & nanostrukturovaných materiálů a jejich využití pro sledování procesů v buňkách a doručování léčiv do buněk. Laboratoř je vybavena špičkovým časově rozlišeným konfokálním mikroskopem pro analýzu optických vlastností nanočástic a molekul, mikroskopem atomárních, který používáme pro studium nanočástic a buněk a dalším vybavením. Laboratoř je umístěna v místě bývalého protiatomového krytu v suterénu budovy FBMI Kokos v Kladně.

V současnosti se zabýváme těmito tématy:

• Zobrazování buněčných struktur pomocí nanočástic
• Biosenzorické aplikace na bázi nanostruktorovaných diamantových vrstev
• Algoritmické třídění signálů z nervových buněk

Témata výzkumu

V laboratoři řešíme několik výzkumných témat.

Zobrazování buněčných struktur pomocí nanočástic

Fluorescenční značky (markery) jsou nepostradatelným nástrojem v biologii a medicíně pro zobrazování buněk. Markery používané v současné době trpí řadou limitací, jako je vyhasínání luminiscence, nestabilita luminiscence a nezřídka také cytotoxicita. Nanodiamant je částice, která díky svým vlastnostem nabízí alternativu k současně používaným markerům. Zabýváme se výzkumem luminiscenčních vlastností center dusík-vakance v nanodiamantových částicích a jejich využití pro biomedicínské aplikace jako jsou: vysokorozlišovací zobrazování buněčných struktur, detekce raných stádií onkogenních transformací systémy pro nosiče léčiv.

Biosenzorické aplikace na bázi nanostruktorovaných diamantových vrstev

V laboratoři pracujeme na využití mikroelektrodových polí) MEA), nanodiamantovým povrchem pro monitorování elektrické a neurochechemické aktivity nervových buněk. Většina systémů je však omezena pouze na sledování neuro-elektrické aktivity bez možnosti sledování neuro-chemické aktivity, jako neurotransmitery nebo metabolity. V našem výzkumu se zabýváme vývojem systému pro zaznamenávání elektrických a elektrochemických signálů pomocí MEA založených na nanostrukturovaném borem dopovaném diamantu (BDD).   BDD je materiál, který umožňuje konstrukci takového zařízení, je mechanicky stabilní, biologicky kompatibilní, umožňuje záznam s nízkým šumem. V rámci výzkumu se zabýváme i pokročilým zpracováním nahraných signálů.

Algoritmické třídění signálů z nervových buněk

Naším cílem je vývoj MEA  pro duální záznam, který bude využívat mikroelektody založené na BDD umístěných v těsné blízkosti neuronu na MEA elektrodě pro simultánní záznam elektrické a chemické činnosti. Zpracování extracelulárních signálů je výpočetně a koncepčně složitý úkol s více zdroji externího rušení, které mohou ovlivnit následnou interpretaci dat. V našem výzkumu se zabýváme problematikou detekce, třízení a interpretace zaznamenaných signálů.

• 

• 

• 

Vybavení laboratoře

Výuka a studentské práce

Výuka

V laboratoři probíhají cvičení předmětu Nanočástice a nanomateriály – vlastnosti a biomedicínské aplikace.

Témata studentských prací

V současné době nabízíme tyto témata ročníkových nebo diplomových prací:

• Vyhodnocení záznamů elektrické aktivity nervových buněk nahrané pomocí mikroelektrodových polí, vedoucí: Václav Petrák
• Zpracování snímků ze super-rozlišovací optické mikroskopie, vedoucí: Vladimíra Petráková

V případě zájmu o tyto témata kontaktuje Václava Petráka (vaclav.petrak@fbmi.cvut.cz).

Publikace, spolupráce a řešené projekt

Vybrané publikace

• Klempíř, O. et al. (2020). Application of Spike Sorting Algorithm to Neuronal Signals Originated from Boron Doped Diamond Micro-Electrode Arrays. Physiological Research, 69(3), 529-536.
• Krůšek, et a.l (2019). Molecular Functionalization of Planar Nanocrystalline and Porous Nanostructured Diamond to Form an Interface with Newborn and Adult Neurons. physica status solidi (b), 256(3), 1800424.
• Jakubcová, B., et al. (2018). Neuron Adhesion on Diamond: Competition between Polymer Treatment and Surface Morphology. Advanced Engineering Materials, 20(9), 1800182.
• Lukowski, S, et al. (2018). Fluorescent Nanodiamonds are Efficient, Easy-to-Use Cyto-Compatible Vehicles for Monitored Delivery of Non-Coding Regulatory RNAs. Journal of biomedical nanotechnology, 14(5), 946-958.
• Havlik, J., Petrakova. (2018) . Extremely rapid isotropic irradiation of nanoparticles with ions generated in situ by a nuclear reaction. Nature communications, 9(1), 1-10.

Spolupráce

Laboratoř spolupracuje se špičkovými pracovišti v České republice i v zahraničí. Mezi naše domácí spolupracovníky patři Fyzikální ústav AV ČR, Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, Mikrobiologický ústav AV ČR a Přírodovědecké fakulta Univerzity Karlovy. V zahraničí spolupracujeme vědci v Hasselt University (Belgie) a Freie Universität Berlin (Něměcko)

Řešené projekty

Laboratoř se podílela na řešení těchto projektů:

• GAČR: Diamantová mikroelektrodová pole pro duální monitorování nervových signálů, (2017 – 2019)
• MŠMT: Nanofotonické zobrazování buněčných struktur v reálném čase pomocí nanodiamantových částic (2011 – 2013)

Kontakty