Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Termoforetsko vodenje, zbiranje in razvrščanje biomolekul v mikrofluidičnih napravah

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
1.02.00  Naravoslovje  Fizika   

Koda Veda Področje
B002  Biomedicinske vede  Biofizika 

Koda Veda Področje
1.03  Naravoslovne vede  Fizika 
Ključne besede
mikrofluidika, termoforeza, biomolekule, razvrščanje delcev, termoviskozno črpanje
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (9)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  13497  dr. Dušan Babič  Fizika  Raziskovalec  2014 - 2016  131 
2.  03470  dr. Martin Čopič  Fizika  Raziskovalec  2014 - 2017  509 
3.  18326  dr. Jure Derganc  Nevrobiologija  Raziskovalec  2014 - 2017  112 
4.  00412  dr. Igor Križaj  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2014 - 2017  725 
5.  25669  dr. Natan Osterman  Fizika  Vodja  2014 - 2017  173 
6.  08851  dr. Igor Poberaj  Fizika  Raziskovalec  2014 - 2016  192 
7.  12338  dr. Miha Škarabot  Fizika  Raziskovalec  2014 - 2017  253 
8.  21609  dr. Andrej Vilfan  Fizika  Raziskovalec  2014 - 2017  244 
9.  18275  dr. Mojca Vilfan  Fizika  Raziskovalec  2014 - 2017  159 
Organizacije (3)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  90.600 
2.  0381  Univerza v Ljubljani, Medicinska fakulteta  Ljubljana  1627066  48.182 
3.  1554  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko  Ljubljana  1627007  34.059 
Povzetek
V okviru predlaganega projekta bomo raziskovali uporabo temperaturnih gradientov za manipulacijo mikrodelcev in biomolekul v mikrofluidiki. V temperaturnem gradientu na molekule deluje termoforezna sila, ki tipično povzroči njihovo migracijo iz toplega na hladno območje. Ob dodatnem tekočinskem toku primerne oblike lahko pride do močnega kopičenja molekul na enem mestu, kar imenujemo termična past. Primeren tekočinski tok lahko ustvarimo s termoviskoznim črpanjem tekočine. Glavni cilj projekta je razvoj termične molekulske pasti, integrirane na mikrofluidnem čipu. Namesto zapletenega optičnega ustvarjanja tekočinskih tokov in temperaturnih gradientov kot pri obstoječih izvedbah pasti bomo uporabili linearni niz ohmskih mikrogrelcev na površini čipa. Taka past bo zato robustna, preprosta za uporabo, poceni in primerna za mobilne sisteme „laboratorij-na-čipu“. Integrirano past bo mogoče uporabiti za razvrščanje in filtriranje delcev, kopičenje molekul za izboljšano občutljivost detekcije in ojačitev difuzijsko-omejenih kemijskih reakcij. Poenostavljena izvedba mikrofluidnega čipa z enim integriranim mikrogrelcem bo primerna tudi za meritve biomolekulskih vezavnih afinitet z metodo termoforeze na mikroskali. Paralelizacija procesa v večih mikrokanalih bo omogočila meritev kompletne vezavne krivulje liganda in receptorja v enem koraku.
Pomen za razvoj znanosti
Projekt je prinesel tehnični napredek na področju mikrofluidike. Razvili smo dve novi funkcionalni enoti, primerni za integracijo v sisteme laboratorij-na-čipu: mikročrpalko, delujočo na principu termoviskoznega črpanja tekočine in termično molekulsko past. Ta edinstven pristop na majhni površini omogoči hitro kopičenje biomolekul ali delcev iz raztopine. Taka past lahko nadgradi množico obstoječih mikrofluidičnih aplikacij, od pospešitve z difuzijo omejenih kemijskih reakcij do izboljšanja nivoja fluorescenčne detekcije. Sistem dveh ali več termičnih pasti omogoča razvrščanje nano- in mikrodelcev ter biomolekul. Razviti mikrofluidični čipi z enim mikrogrelcem so uporabni za hitro termoforezno kvantifikacijo delcev in molekul. Mikrogrelec, potekajoč pod vzporednimi mikrokanali, v vseh kanalih ustvari enak termični gradient in s tem omogoči hkratno meritev termoforezne izpraznitve pri različnih pogojih. Tako se lahko npr. izmeri vezavna afinitet sistema receptor/ligand v enem koraku, kar je neposredno zanimivo za farmacevtske raziskave in medicino, saj omogoča pogled v funkcionalnost na molekulskem nivoju.
Pomen za razvoj Slovenije
Področje mikrofluidike se razvija z veliko hitrostjo, v prihodnosti pa pričakujemo velik prodor predvsem diagnostičnih mikrofluidičnih aplikacij (sistemov „laboratorij-na-čipu“) v široko uporabo. V projektu razvite funkcionalne enote bodo gotovo našle pomembne praktične uporabe v napravah, ki bodo del novega razvojnega cikla. V Sloveniji je izjemno pomembna panoga farmacevtska industrija (Krka, Lek...), ki se bo v prihodnosti zagotovo usmerila tudi na področji „teranostike“ in „osebne medicine“. Za hitro diagnostiko brez konvencionalnih laboratorijev (npr. doma) bo uporaba mikrofluidičnih naprav neobhodna. Rezultati izvedenih raziskav tako lahko vodijo k novim izdelkom, ki bodo prispevali k nadaljnjemu razvoju omenjene industrije in morebitnem nastanku novih podjetij. Projekt je bil tudi odlična promocija za dve slovenski podjetji, spin-off podjetje Aresis d.o.o., ki razvija optične pincete, in srednje veliko podjetje LPKF Laserji&Elektronika, ki je razvilo sistem za direktno fotolitografijo. Obe podjetji tesno sodelujeta s skupino. Ker so njihovi izdelki namenjeni predvsem raziskovalni uporabi, so objave v tujih publikacijah, predavanja na konferencah in obiski tujih znanstvenikov v našem laboratoriju za njih najboljši reklamni kanal. Opravljene raziskave so preko povezave z univerzitetnim poukom in programom usposabljanja mladih raziskovalcev pomembno prispevale k vzgoji strokovnjakov na področju mikrofluidike. S predstavitvijo rezultatov raziskav na mednarodnih konferencah smo prispevali k prepoznavnosti Slovenije v svetu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2014, 2015, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2015, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno