|
Vyučující
|
-
Štofik Marcel, Mgr. Ph.D.
|
|
Obsah předmětu
|
Kurz je prakticky zaměřen a rozdělen na úvodní teoretickou část a praktickou experimentální část. V úvodní části budou studenti přehlednou formou seznámeni s tématy: - Vznik a vývoj mikrofluidních systémů, seznámení s pojmy: mikrofluidní systémy, ?TAS, Lab-on-a-chip, BioMEMS. - Výrobní techniky a materiály pro přípravu mikrofluidních zařízení. - Úvod do problematiky biosenzorů a jejich význam v oblasti mikrotechnologií pro bioaplikace a základní funkční principy mikrofluidních systémů. - Vybrané oblasti použití mikrofluidních systémů v bioaplikacích. Praktická část bude zaměřena na zvládnutí vybraných konkrétních protokolů přípravy a jednoduchých experimentů provedených v zařízeních, které částečně nebo úplně připraví studenti. Laboratorní protokoly budou zaměřené na zvládnutí pracovních postupů, které jsou součástí workflow výroby a testování mikrofluidních systémů: - Příprava designu systému/zařízení ? práce s modelovacím/grafickým programem (součástí bude příprava modelu pro 3D tisk). - Příprava mikrovzoru (mikropaternu) pro výrobu konkrétního zařízení (maska pro výrobu mikrofluidního systém pro fotolitografii) a/nebo mikropatternu integrovaného v mikrozařízení (mikrojamky/mikrosloupky apod.). Výstupem bude maska na fólii a/nebo tzv. stencil maska a/nebo Cr maska na skle (vyrobená litografickou technikou s využitím elektronového svazku nebo laseru). - Příprava a povrchové modifikace substrátů pro výrobní procesy (chemické a mikrovlnné čištění) a/nebo pro biopatterning (modifikace povrchu substrátu s využití například silanů). - Výroba předloh (forem) pro odlévání polydimethylsiloxanu (PDMS) ? Soft litografie (výroba mikrofluidního systému, a/nebo razítka pro ?printing). Předlohy budou připraveny s využitím fotolitografie a/nebo pomocí 3D tisku. - Příprava a výroba mikrosystému/předlohy z tvrdých substrátů (sklo nebo křemík) s využitím mikroabrazivní metody a/nebo příprava a výroba mikrofluidního systému pomocí technologie 3D tisku a/nebo pomocí technologie hlubokého reaktivního iontového leptání (DRIE). - Dokončení přípravy mikrofluidního zařízení a jeho testování - připojení konektorů a hadiček (pomocí držáků nebo jiného rozhraní) k pumpám různého typu (tlakové a/nebo pístové a/nebo peristaltické) a připojení/uložení zařízení k/do detekční části (studenti použijí zejména invertovaný fluorescenční mikroskop s automatizovaným řízením pohybu stolku a záznamu). - Příprava a výroba biomikropatternu na povrchu substrátu technikou ?contact printingu a/nebo microspotterem a provedení jednoduchého experimentu založeného na afinitní interakci testovaných látek (staticky a/nebo vprůtoku). - Jednoduché experimenty a testy v připravených zařízeních. Možné varianty zařízení, které budou vyrobeny a testovány v průběhu praktické části kurzu: - Jednoduchý mikrofluidní kanálek ? demonstrace autonomního systému (pohyb kapaliny kapilárním vzlínáním). - T, Y mixér, systém pro fokusaci toku ? demonstrace mixování kapalin a fokusace mikrofluidního toku. - Mikrosystém pro generování kapiček (droplet generátor) ? demonstrace droplet mikrofluidiky. - Mikrosystém pro kultivaci buněčných linií ? statická/průtoková kultivace. - Mikrofluidní microarray. - Mikrosystém s integrovanou membránou pro filtrace buněk. - Mikrosystém pro experimenty s rybími embryi. - Mikrosystém pro experimenty s klíčícími semeny. - Mikrosystém pro kultivace 3D buněčných kultur Ukázka vybraných témat pro přípravu prezentací studenty: - Mikrofludika pro bioaplikace - Mikrofluidní koncentrační generátory - Papírová mikrofluidika (paper-based microfluidics) - Mikrofluidika založená na tzv. electrowetting on dielectric (EWOD) - Mikrokapičková mikrofluidika (droplet microfluidics) - DNA mikroarrays - Proteinové mikroarrays - Mikrofluidní immunoeseje - Lab-on-a-chip - Organ-on-a-chip - Chip-on-Foil - Wearable microfluidics - 3D tisk a mikrofluidiky
|
|
Studijní aktivity a metody výuky
|
|
nespecifikováno
|
|
Výstupy z učení
|
Cílem kurzu je seznámit studenty s aktuálními trendy mikrotechnologií využitelnými v oblasti biologických věd a věd hraničních s biologií. Studenti se seznámí s významem miniaturizace pro vývoj experimentálních metod a na praktických příkladech získají přehled o možnostech využití mikrofluidních systémů v bioaplikacích s různým zaměřením (např. kultivace buněčných kultur, manipulace s buňkami, tvorba koncentračních gradientů pro experiment, povrchové modifikace pro imobilizace bioaktivních látek, příprava microarrays, apod.). V průběhu kurzu si studenti prakticky osvojí vybrané techniky z workflow výroby mikrofluidních systémů a provedou vybrané experimenty související s daným tématem.
|
|
Předpoklady
|
Výuka v angličtině je určena pro erasmové a zahraniční studenty. Výuka v případě malého počtu studentů probíhá formou individuálních konzultací.
CNB/VKBN
|
|
Hodnoticí metody a kritéria
|
nespecifikováno
- aktivní účast na cvičeních (bez neomluvené absence) - ústní prezentace alespoň 2 témat na problematiku zadanou vyučujícím - odevzdání vypracovaných pracovních protokolů - absolvování písemného testu s uzavřeným typem otázek
|
|
Doporučená literatura
|
-
BADILESCU, Simona a Muthukumaran PACKIRISAMY. Biomems: science and engineering perspectives. Boca Raton, FL: CRC Press, 2011. ISBN 978-1-4398-9116-2..
-
BERTHIER, Jean a Pascal SILBERZAN. Microfluidics for biotechnology. 2nd ed. Boston: Artech House, 2010. ISBN 978-1-59693-443-6..
-
DIXIT, Chandra K a Ajeet Kumar KAUSHIK. Microfluidics for biologists. New York, NY: Springer Science+Business Media, 2016. ISBN 978-3-319-40035-8..
-
FOLCH I FOLCH, Albert. Introduction to BioMEMS. Boca Raton, FL: CRC Press, 2016. ISBN 978-1-4665-0938-2..
-
Franssila, S. Introduction to Microfabrication, 2nd Edition, John Wiley & Sons, 2010.
-
IANNONE, Eugenio. Labs on chip principles, design, and technology. Boca Raton, FL: CRC Press, 2015. ISBN 978-1-4665-6073-4..
-
LEE, Sang-Joon John a Narayanan SUNDARARAJAN. Microfabrication for microfluidics. Boston: Artech House, 2010. Integrated microsystems series. ISBN 978-1-59693-471-9..
|