Projekti / Programi
Termoforetsko vodenje, zbiranje in razvrščanje biomolekul v mikrofluidičnih napravah
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B002 |
Biomedicinske vede |
Biofizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
mikrofluidika, termoforeza, biomolekule, razvrščanje delcev, termoviskozno črpanje
Raziskovalci (9)
Organizacije (3)
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
