Detail projektu

Vysoce přesné mapování vnitřní teploty a energetická balance živých buněk

Období řešení: 01.01.2017 — 31.12.2019

Zdroje financování

Grantová agentura České republiky - Standardní projekty

- plně financující (2017-01-20 - 2019-12-31)

O projektu

Navrhneme, vyrobíme a ověříme mikrofluidický systém pro mapování vnitřní teploty a monitorování tepelné balance živých buněk. Tento systém bude ve formě mikrokalorimetru s minimálním vnitřním objemem obklopeným vakuem. Vlastní buňky budou v běžném kultivačním médiu při normálním tlaku. Objem mikrokalorimetru řádově ve stovkách femtolitrů v kombinaci s teplotní izolací systému zvýší teplotní změny v buňkách o několik řádů. Pro měření teploty vyvineme různé metody, jako je fluorescence neovlivněná poklesem jasu, teplotně citlivé fluorescenční barvivo a plazmonické teplotně citlivé struktury. Díky speciálnímu pěstování buněk v unikátním mikrokalorimetru budeme schopni reálně rozlišit změny teploty pod 0,1 °C, což je o řád lepší než uvádí dosud publikované práce. Umožní nám to sledovat buněčné reakce v reálném čase, jako je termogeneze v buňkách, mitóza, chemoterapeutikem vyvolaná apoptóza, diferenciace kmenových buněk a energetickou balanci buněk.

Popis anglicky
We will design, fabricate and verify a microfluidic system to map internal temperature and monitor energy balance in living cells. This microcalorimetric (C) system will have minimal volume surrounded with vacuum. Living cells will be inside the C in conventional cell culturing media at normal pressure. The C volume of hundreds of fL in combination with thermal isolation increase the temperature change in cells by several orders of magnitude. We will develop several techniques to measure temperature such as temperature sensitive fluorescent dye independent of a photobleaching effect and temperature sensitive plasmonic structures. Cell culturing in this unique C we will be able to determine temperature with precision better than 0.1 °C, which is one order more sensitive than published works. This sensitivity allows us to monitor internal cell reactions in real time, such as thermogenesis, mitoses, drug induces apoptosis, stem cell differentiation and cell energy balance.

Klíčová slova
monitorování;vnitřní;teploty;buněk; energetická;balance;buněk; termogenese; MEMS; mikrokalorimetr;

Klíčová slova anglicky
precise;temperature;mapping;of;cell;internal;temperature; cell;energy;balance; thermogenesis; MEMS; microcalorimeter;

Označení

GA17-20716S

Originální jazyk

čeština

Řešitelé

Neužil Pavel, prof. Ing., Dr., DSc. - hlavní řešitel

Útvary

Chytré nanonástroje
- příjemce (01.01.2017 - nezadáno)

Výsledky

GABLECH, I.; CAHA, O.; SVATOŠ, V.; PEKÁREK, J.; NEUŽIL, P.; ŠIKOLA, T. Stress-free deposition of [001] preferentially oriented titanium thin film by Kaufman ion-beam source. Thin Solid Films, 2017, vol. 638, no. NA, p. 57-62. ISSN: 0040-6090.
Detail

HRDÝ, R.; KYNCLOVÁ, H.; KLEPÁČOVÁ, I.; BARTOŠÍK, M.; NEUŽIL, P. Portable lock-in amplifier-based electrochemical method to measure an array of 64 sensors for point of care applications. In 21st International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, MicroTAS 2017. 2020. p. 479-480. ISBN: 978-0-69-294183-6.
Detail

PODEŠVA, P.; GABLECH, I.; NEUŽIL, P. Nanostructured Gold Microelectrode Array for Ultrasensitive Detection of Heavy Metal Contamination. Analytical Chemistry, 2018, vol. 90, no. 2, p. 1161-1167. ISSN: 1520-6882.
Detail

HRDÝ, R.; KYNCLOVÁ, H.; KLEPÁČOVÁ, I.; BARTOŠÍK, M.; NEUŽIL, P. Portable Lock-in Amplifier-Based Electrochemical Method to Measure an Array of 64 Sensors for Point-of-Care Applications. ANALYTICAL CHEMISTRY, 2017, vol. 86, no. 17, p. 8731-8737. ISSN: 0003-2700.
Detail

SVATOŠ, V.; GABLECH, I.; PEKÁREK, J.; KLEMPA, J.; NEUŽIL, P. Precise determination of thermal parameters of a microbolometer. INFRARED PHYSICS & TECHNOLOGY, 2018, vol. 93, no. NA, p. 286-290. ISSN: 1350-4495.
Detail

FENG, JG; SVATOŠ, V.; LIU, XC.; CHANG, HL.; NEUŽIL, P. High-performance microcalorimeters: Design, applications and future development. TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY, 2018, vol. 109, no. NA, p. 43-49. ISSN: 0165-9936.
Detail

ZHU, H.; FOHLEROVÁ, Z.; PEKÁREK, J.; BASOVA, E.; NEUŽIL, P. Recent Advances in Lab-on-a-chip Technologies for Viral Diagnosis. BIOSENSORS & BIOELECTRONICS, 2020, no. 1, p. 1-10. ISSN: 0956-5663.
Detail

FENG, J.; PODEŠVA, P.; ZHU, H.; PEKÁREK, J.; MAYORGA-MARTINEZ, C.; CHANG, H.; PUMERA, M.; NEUŽIL, P. Droplet-based differential microcalorimeter for real-time energy balance monitoring. Sensors and Actuators B: Chemical, 2020, vol. 312, no. NA, p. 1-7. ISSN: 0925-4005.
Detail

NI, S.; ZHU, H.; NEUŽIL, P.; YOBAS, L. A COMPACT MEMS CHIP FOR A RAPID AND HIGHLY ACCURATE PICOLITER CALORIMETRY. In IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems. NEW YORK: IEEE, 2020. p. 1006-1009. ISBN: 978-1-7281-3581-6.
Detail

Zhu, HL.; Zhang, HQ.; Ni, S.; Korabecna, M.; Yobas, L.; Neuzil, P. The vision of point-of-care PCR tests for the COVID-19 pandemic and beyond. TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY, 2020, vol. 130, no. 115984, p. 115984-115984. ISSN: 0165-9936.
Detail

Ni, S.; Zhu, HL.; Neuzil, P.; Yobas, L. A SiN Microcalorimeter and a Non-Contact Precision Method of Temperature Calibration. JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, 2020, vol. 29, no. 5, p. 1103-1105. ISSN: 1057-7157.
Detail

FENG, J.; ZHU, H.; LUKEŠ, J.; KORABEČNÁ, M.; FOHLEROVÁ, Z.; MEI, T.; CHANG, H.; NEUŽIL, P. Nanowatt simple microcalorimetry for dynamically monitoring the defense mechanism of Paramecium caudatum. Sensors and Actuators, 2021, vol. 323, no. 1, p. 1-9. ISSN: 0924-4247.
Detail

NI, S.; BU, Y.; ZHU, H.; NEUŽIL, P.; YOBAS, L. A Sub-nL Chip Calorimeter and Its Application to the Measurement of the Photothermal Transduction Efficiency of Plasmonic Nanoparticles. JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, 2021, vol. 30, no. 5, p. 759-769. ISSN: 1057-7157.
Detail

WANG, Y.; ZHU, H.; FENG, J.; NEUŽIL, P. Recent advances of microcalorimetry for studying cellular metabolic heat. TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY, 2021, vol. 143, no. 1, p. 116353-1 (116353-10 p.)ISSN: 1879-3142.
Detail

GABLECH, I.; CAHA, O.; SVATOŠ, V.; PRÁŠEK, J.; PEKÁREK, J.; NEUŽIL, P.; ŠIKOLA, T. Preparation of [001] Oriented Titanium Thin Film for MEMS Applications by Kaufman Ion-beam Source. In Proceedings of 9 th International conference Nanocon 2017. 1. Ostrava: Tanger, 2018. p. 117-122. ISBN: 978-80-87294-59-8.
Detail

Odpovědnost: Neužil Pavel, prof. Ing., Dr., DSc.