Menu Close

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

Mikroskop MICROTIME 200
  • Časově rozlišený konfokální fluorescenční mikroskop s časovým rozlišením
  • Mikroskop je schopen detekovat signál z jednotlivých molekul
  • Umožňuje Time-Correlated-Single Photon Counting (TCSPC) pro studium dynamických procesů metodamin FCS and FLIM

Mikroskop atomárních sil NANOWizard Sense
  • Mikroskop je spojený s konfokálním fluorescenčním mikroskopem a dovoluje souběžné monitorování fluorescence a morfologie povrchu
  • Cela na biovzorky umožňuje měření na živých buněčných kulturách
Mikroskop atomárních sil NANOWizard Sense
  • Mikroskop je spojený s konfokálním fluorescenčním mikroskopem a dovoluje souběžné monitorování fluorescence a morfologie povrchu
  • Cela na biovzorky umožňuje měření na živých buněčných kulturách

Systém na měření z mikroelektrodových polí  
  • Systém na záznam signálů z mikroelektrodových polí MultichannelSystems MEA1060 umožňuje záznam z nervových buněk a dalších elektricky aktivních tkání pomocí 60 nezávislých elektrod.
Další vybavení laboratoře
  • Invertovaný mikroskop:
  • Nano-polohovací stolek
  • Minimlýnek p−23 FRITSCH:
  • Laser GEM 532nm
  • Ultrazvuková čistička Elmasonic−S 15/H

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

umístění laboratoře

místnost As-112, budova KOKOS, FBMI, Kladno

vedoucí laboratoře

Ing. Vladimíra Petráková, Ph.D.

telefon

+420 725 878 39

email

vladimira.petrakova@fbmi.cvut.cz