Mikrofludika

Miniaturizace, mikrofluidika a biosenzory.

Miniaturizace je důležitým trendem jak ve vývoji bioaplikací tak v oblasti studia živých soustav, buněk a biomolekul, ale i celých organismů. Mikrofluidika patří k současným trendům mikrotechnologií. Protože mikrofluidika zkoumá proudění tekutin v kanálcích velkých v rozměrech řádově od několika jednotek do stovek um, stává se důležitou platformou pro studium podobně velkých nebo menších biologických objektů nebo systémů, například buněk.

Ukázka různých variant čipů připravených mikroabrazivním obráběním
Ukázka různých variant čipů připravených mikroabrazivním obráběním
Čipy a) až c) jsou připraveny na skleněných substrátech 25x50 mm o tloušťce 120 µm
Čipy d) až f) jsou připraveny na skleněných substrátech 26x76 mm o tloušťce 1 mm

Mikrofluidní systémy mohou být velmi jednoduché s jednou funkci, například mohou sloužit k filtraci / separaci malých objektů nebo pro afinitní detekce vybraných složek média. Složitým mikrofluidním systémům, které mohou vykonávat více funkcí a to jak sériovými tak paralelními procesy říkáme Laboratoře na čipu, anglicky Labs-on-chip (LOC) nebo microTotal Analysis Systems (TAS).

Ukázka mikrofluidního držáku (vlevo) a filtru buněk z plné krve
Ukázka mikrofluidního držáku (vlevo) a filtru buněk z plné krve

Na našem pracovišti se zabýváme miniaturizaci a vývojem mikrofluidních systémů, v několika stěžejních oblastech. Jednou z nich je vývoj mikrofluidních optických afinitních biosenzorů. Dále pak vývojem mikrofluidních systémů pro studium organoidů, buněčných kultur a také pro studium buněčných interakcí s biologicky aktivními povrchy. Máme základní zkušenosti také s dvoufázovými systémy pro manipulace s buňkami nebo organoidy v oblasti tzv. droplet mikrofluidiky. Další oblastí využití mikrosystémů pro bioaplikace, kterou se zabýváme, je vývoj mikrosystémů pro studium růstu rybích embryí a pro testování toxicity vybraných látek na rybích embryích. Vyvíjíme také čipy vhodné pro pozorování a pro testování růstu kořenových systémů u klíčících semen za specifických podmínek.

Ukázka optického afinitního senzoru pro detekci specifických buněk v médiu. Senzor je možné využívat i jako proteinový afinitní čip.
Ukázka optického afinitního senzoru pro detekci specifických buněk v médiu - senzor je možné využívat i jako proteinový afinitní čip

Pro vývoj mikrosystémů máme na našem pracovišti odpovídající zázemí, které umožnuje tradiční workflow vývoje, ke kterému  patří: i) návrh designu systému (vybavení grafickými programy), ii)  přenos tvaru/designu na definovaný substrát (mikropatterming pomocí litografických technik), iii) samotná výroba systému (vybrané metodiky jako softlitografie, suché reaktivní nebo mechanické leptání), iv) integrace a propojení systému s průtokovými regulátory (držáky, vhodné konektory a tlakové nebo pístové pumpy) a samozřejmě samotné testování systémů na biologických vzorcích s relativně rychlou možnosti zpětných úprav designu.

 

Naše zázemí a konkrétní vybavení jednotlivých laboratoří je dostupné zde (odkaz na laborky)

Oblast mikrotechnologií je využívána jak ve výuce, tak pro přípravu a realizaci vědecko-výzkumných projektových aktivit. V současnosti se jedná například o:

  • vývoj filtračního systému pro tekuté biopsie – číslo grantu: ??
  • vývoj detekčního zařízení pro CTC adenokarcinomu plic – číslo grantu: AZV 16-29738A 
  • vývoj dvoufázového systému pro manipulaci s organoidy – číslo grantu: ??
  • vývoj kultivačního systému pro rybí embrya vyrobeného technologií 3D tisku – číslo grantu: TAČR TJ01000077