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
vladimira.petrakova@fbmi.cvut.cz