Oddělení bioanalytické instrumentace

Zaměření výzkumu – Řešená problematika

Oddělení se zaměřuje na zlepšování stávajících zařízení a metod pro analýzu biologicky významných látek. Při konstrukci prototypů zařízení využívá pokročilé technologie mikro-obrábění a litografické procesy dostupné přímo ve svých laboratořích. V současnosti se tým intenzivně věnuje zejména aplikovanému výzkumu proteinového profilu buněk karcinomu prsu, analýze vybraných látek v biologických vzorcích získaných neinvazivními metodami a studiu konformací peptidových terapeutik.

Hlavní oblasti odbornosti zahrnují:

Návrh a vývoj elektromigračních metod:

  • Koncentrace a čištění velkoobjemových vzorků na principu izotachoforézy
  • Vývoj rozhraní pro detekci pomocí hmotnostní spektrometrie, povrchově zesílené Ramanovy spektroskopie a amperometrie
  • Separace v těžké vodě
  • Přenosná a open-source elektroforéza

Vývoj syntetických postupů pro nanočástice a jejich aplikace:

  • Stříbrné a zlaté nanočástice (povrchově zesílená Ramanova spektroskopie, afinitní záchyt)
  • Magnetické nanočástice

Výroba mikrofluidních zařízení a souvisejícího příslušenství:

  • Akustofluidika
  • Mikrofluidní elektroforéza
  • Mikrofluidní zařízení pro generaci elektrospreje
Zaměstnanci
Studenti
Hostující vědci
Bývalí členové týmu

Přístrojové vybavení

Přístup k našemu přístrojovému vybavení je možný po předchozí domluvě. Naše infrastruktura je k dispozici jak pro smluvní analýzy, tak pro předběžné testování za účelem posouzení vhodnosti metodiky.

Pro bližší informace nás prosím kontaktujte na adrese: petr.kuban@iach.cz.

Elektroforéza

Kapilární elektroforéza (Agilent 7100)

Kapilární elektroforéza s UV-VIS detekcí a C4D detekcí. Vhodná pro širokou škálu separačních módů, jako jsou CZE, CGE, CIEF, MEKC, ITP, CEC.

Klíčové parametry:

  • Rozsah napětí: 0–30 kV
  • Deuteriová lampa
  • Diodové pole (DAD)
  • Dávkování vzorku: tlakové i elektrokinetické
  • Kapacita autosampleru: karusel pro 50 vzorků

 

Fragment Analyzer (Agilent, FA 5200)FA_fin

Kapilární elektroforéza s fluorescenční detekcí umožňující paralelní analýzu až 12 vzorků. Systém je určen pro kontrolu kvality DNA a RNA.

Klíčové parametry:

  • Excitační vlnová délka: 408 nm (LED)
  • Až 12 vzorků v jednom běhu
  • Možnost vložení až tří 96jamkových mikrodestiček
  • 3 různé délky kapilárních polí
  • Možnost použití 2 různých gelů v rámci jednoho nastavení systému

 

Bioanalyzer (Agilent)

Mikrofluidní čipová elektroforéza pro analýzu DNA, RNA a proteinů.

Klíčové parametry:

  • Fluorescenční detekce (červená, LED)
  • Až 12 vzorků v jednom běhu

 

Elektroforetický analyzátor (EA 102, Villa Labeco)ITP_VillaLabeco.png

Modulární uspořádání umožňuje práci v několika elektroforetických režimech, např. izotachoforéza (ITP), kapilární zónová elektroforéza (CZE) nebo jejich vysoce účinná kombinace ITP–CZE.

Klíčové parametry:

  • Předseparační kolona s kontaktními konduktometrickými detektory (FEP kapiláry)
  • Analytická kolona s kontaktním konduktometrickým detektorem
  • Variabilní délky kolon
  • Maximální napětí: 15 kV
  • Maximální proud: 500 µA
  • UV detektor (200, 220, 254, 280 nm)
  • ITP injekční ventil (30 µL)
  • Variabilní objem nástřiku pomocí mikrostříkačky (až 100 µL)
  • Ventil pro CZE a mikropreparativní nástřik

 

Gelová elektroforéza

Hlavní aplikace:

  • Proteomická analýza komplexních biologických vzorků
  • Detekce specifických proteinů a posttranslačních modifikací
  • Komparativní studie exprese proteinů mezi vzorky
  • Kvantifikace proteinů

 

Epitachoforéza (ETP)ETP

Elektroseparační a koncentrační metoda založená na nespojitém elektrolytovém systému. Umožňuje separaci a současnou koncentraci velkých objemů vzorku (až desítky mL). Vhodná pro separaci aniontů (např. DNA) i kationtů (např. proteiny)

(Podrobné parametry viz DOI: 10.1038/s41598-021-02214-1)

 

Mikrofluidní kapilární elektroforéza (in-house konstrukce)microfluidic electrophoresis

Kapilární elektroforéza realizovaná na čipu z borosilikátového skla (typicky 5 × 5 cm), vhodná pro optické detekční techniky. Tvar (délka, hloubka) i uspořádání kanálů lze přizpůsobit konkrétní aplikaci.

Separační napětí je přiváděno z vysokonapěťového zdroje s více nezávislými výstupy.

Přenosná kapilární elektroforéza (in-house konstrukce)

(Podrobné parametry viz DOI: 10.1016/j.chroma.2015.11.088)

Výrobní technologie

CNC frézka 40×60CNC_milling_machine_w640

Univerzální stolní CNC frézka určená pro prototypování a výrobu dílů z plastů, dřeva a měkkých kovů. Vhodná pro výrobu prototypů, zakázkových součástí, jako jsou PCB, formy, přípravky a další komponenty.

  • Pracovní plocha přibližně 400 × 600 mm
  • Počítačem řízený 3-osý pohyb pro přesné frézování a obrábění profilů
  • Podpora běžných CAM/CAD a řídicího softwaru

FDM 3D tiskárna (MK3S, Prusa)

3D tiskárna využívající technologii FDM (tavení a kladení filamentu), vhodná pro prototypování i výrobu funkčních dílů. Vyznačuje se vysokou spolehlivostí, adaptivní kalibrací a širokou kompatibilitou materiálů.

  • Tiskový objem: 250 × 210 × 210 mm
  • Výška vrstvy: 0,05–0,35 mm
  • Vyhřívaná podložka s odnímatelným PEI ocelovým plátem
  • Průměr filamentu: 1,75 mm

Podpora materiálů: PLA, PETG, ABS a další běžné termoplasty

DLP 3D tiskárna (Photon, Anycubic)

3D tiskárna využívající technologii DLP (digitální projekce světla) pro vysoce přesnou aditivní výrobu z fotopolymerních pryskyřic. Vhodná zejména pro detailní modely, mikrostruktury a hladké povrchy.

  • Tiskový objem: 115 × 65 × 155 mm
  • Výška vrstvy: 0,025–0,1 mm
  • Vysoké XY rozlišení dané velikostí pixelu zobrazovacího panelu
  • Využití: miniatury, dentální modely, šperkařské vzory a přesné prototypy

Bruska špiček na nanospray
grinding_station_w640

Přesná brusná a lešticí stanice pro přípravu nanospray emitorů používaných v nanospray ionizaci. Umožňuje přesné tvarování a reprodukovatelné zúžení kapilárních špiček pro dosažení stabilního spreje a optimální ionizace.
(Podrobné parametry viz DOI: 10.1002/elps.201500467.)

Řezací plotr (FC50, Secabo)

Stolní řezací plotr pro přesné konturové řezání plastových fólií, papíru, kartonu a podobných materiálů.

  • Pracovní plocha až 350 × 520 mm
  • Maximální tloušťka materiálu cca 1,5 mm
  • Rychlost řezání až ~600 mm/s
  • Vakuové uchycení materiálu
  • Kompatibilita se softwarem DrawCut PRO (import a zpracování vektorové grafiky)

Laserový řezací a gravírovací systém (Nova 24, Thunderlaser)

Středně velký CO₂ laserový systém pro řezání a gravírování široké škály nekovových materiálů, jako je dřevo, akryl, plasty nebo textilie.

  • Pracovní plocha přibližně 600 × 400 mm
  • Uzavřená konstrukce s bezpečnostními prvky
  • CO₂ laserová trubice (100 W)
  • CNC pohybový systém s hybridními servomotory pro vysokou přesnost a rychlost

Pískovací box (BP-4263, BASS Polska)

Uzavřený pískovací kabinet pro zdrsňování a čištění povrchů.

  • Integrované pozorovací okno
  • Pracovní rukavice pro bezpečnou manipulaci
  • Umožňuje kontrolovanou aplikaci abrazivního média na upravované součásti
Fluorescenční a další optické analytické metody

Spektrofluorimetr (JASCO, FP-8500)

Spektrofluorimetr pro citlivá měření fluorescence, umožňující pořízení excitačních a emisních spekter a také rychlé 3D fluorescenční skenování.

FluorimetrKlíčové parametry

  • 150W xenonová excitační lampa
  • Detektor s fotonásobičem (PMT)
  • Poměr signálu k šumu: až 75 000:1 (RMS, Ramanovo pásmo vody)
  • Rychlost skenování: až 60 000 nm/min
  • Rozsah vlnových délek: 200–750 nm (rozšiřitelné až na 850 nm)
  • Spektrální rozlišení: až 1,0 nm

Fluorescenční mikroskop (Olympus, IX71)

Modulární invertovaný výzkumný mikroskop specializovaný na zobrazování buněčných kultur a biologických vzorků. Systém podporuje mikroskopii ve světlém poli, v transmitovaném světle a epifluorescenční mikroskopii.

Olympus mikroskopKlíčové parametry

  • Halogenový zdroj světla Olympus TH4-200
  •  Fluorescenční metal-halogenidový zdroj světla Lumen Dynamics X-Cite Series 120Q
  •  Sady filtrů: U-MWU2, U-MWIBA3, U-MWG2, U-N69002
  • Kamera Andor Zyla 4.2 PLUS sCMOS (4,2 MP)
  • Chlazená monochromatická CCD kamera Olympus XM10

Analyzátor velikosti částic a zeta potenciálu (Malvern Zetasizer Nano ZS, ZEN3600)

Přístroj pro charakterizaci nanočástic, koloidů a makromolekul v kapalných disperzích. Umožňuje měření velikosti částic, zeta potenciálu a molekulové hmotnosti pomocí dynamických, elektroforetických a statických technik rozptylu světla.

Klíčové parametry

  • Rozsah velikosti částic: cca 0,3 nm – 10 µm
  • Rozsah regulace teploty: 0–90 °C
  • Měřicí technologie: Dynamický rozptyl světla (DLS), Elektroforetický rozptyl světla (ELS), Statický rozptyl světla (SLS)

UV-Vis spektrofotometr (Shimadzu, UV-1800)

Dvoupaprskový UV-Vis spektrofotometr s vysokým rozlišením v rozsahu vlnových délek 190 až 1100 nm. Přístroj umožňuje spektrální snímání, kvantitativní fotometrickou analýzu a kinetická (časově průběhová) měření.

Klíčové parametry

  • Dvoupaprskový typ
  • Světelné zdroje: wolfram-halogenové a deuteriové lampy
  • Spektrální šířka pásma: 1 nm
  • Rozsah vlnových délek: 190–1100 nm
  • Přesnost vlnových délek: ±0,3 nm (celý rozsah)
  • Rychlost skenování: 2–3000 nm/min
Hmotnostní spektrometrie

Coming soon.

Skenovací elektronová mikroskopie

Skenovací elektronový mikroskop (Mira3, Tescan)

Elektronový mikroskop určený pro zobrazování povrchové struktury materiálů. K dispozici jsou dva typy detektorů: SE a In-Beam SE.

Součástí vybavení je také technologie naprašování (sputtering) pro metalizaci vzorků.

SEM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



Ramanův mikroskop

Konfokální Ramanův mikroskop (Renishaw inVia Reflex)

Renishaw inVia Reflex je konfokální Ramanův mikroskop určený pro výzkumné účely. Systém je vhodný pro Ramanovu a fotoluminiscenční (PL) spektroskopii, bodovou analýzu i chemické mapování široké škály pevných i kapalných vzorků.

Excitace je zajištěna třemi lasery:

  • 532 nm (50 mW)
  • 633 nm (30 mW)
  • 785 nm (300 ± 30 mW nominálně)

K dispozici jsou dvě optické konfigurace:

  • přímá (upright) dráha s manuálním mikroskopem
  • paralelní výstupní svazek napojený na invertovaný mikroskop (Leica Microsystems)

Spektrální disperze je realizována pomocí šesti vyměnitelných mřížek (300–3000 čar/mm). Pro všechny excitační vlnové délky jsou dostupné okrajové (edge) filtry pro potlačení Rayleighova rozptylu; pro 633 a 785 nm je systém navíc vybaven notch filtry pro velmi nízké Ramanovy posuvy, umožňující měření až do ~10 cm⁻¹.

Detekce je možná pomocí:

  • vysokorychlostního CCD detektoru Renishaw Centrus
  • detektoru Andor DU970P-BVF (zadně iluminovaný, VIS-optimalizovaný anti-fringing senzor; EMCCD / low-light režim)

Obě optické dráhy jsou vybaveny motorizovanými stolky Renishaw MS30 EasyMove Digital Tracking pro přesné polohování a Ramanovo mapování. Revolvery mikroskopu umožňují osazení až pěti objektivy.

Zobrazení v jasném poli je zajištěno kamerou systému inVia, doplněnou o další kameru na trinokulárním portu pro pozorování v tmavém poli.

20260214_125541

Výroba mikrofluidních čipů

Oddělení je vybaveno čistými prostory (třída D) pro výrobu mikrofluidních čipů se zpracováním jak skleněných, tak polymerních materiálů.

Vakuová naprašovačka (Quorum Q300 T D)Naprasovacka

Zařízení pro vícevrstvé sekvenční naprašování dvou materiálů. Dvě nezávislé naprašovací hlavy umožňují postupnou depozici dvou kovů bez přerušení vakua. Systém je plně automatizovaný s uživatelsky definovanými recepturami, které řídí čerpání, dobu procesu, počet cyklů i pracovní proud.

Klíčové parametry:

  • Vakuum: až 5 × 10⁻⁵ mbar
  • Průměr vzorku: až 150 mm
  • Průměr targetu: 57 mm

Možnost použití neoxidujících i oxidujících kovů (např. Cr, Ir, W, Al, Ti, Au, Pt)

 

Optický litograf (Durham Magneto Optics, MicroWriter ML3)Litograf

Zařízení pro přímý zápis mikrostruktur do fotorezistu. Umožňuje výrobu prvků s rozlišením pod 1 µm (až ~400 nm) a vysokým poměrem rozměrů. Využití zahrnuje mikrostrukturování, difrakční prvky i mikrofluidní aplikace. Technologie grayscale 3D zápisu umožňuje také výrobu optických mikroprvků (např. mikročočky, blazed mřížky).

Klíčové parametry:

  • Vlnová délka zápisu: 365 nm
  • Rychlost zápisu: až 180 mm²/min
  • Automatická volba rozlišení

Kompenzace nerovinnosti vzorku (korekce zakřivení/bow efektu)

Plazmový čistič (Diener Zepto)20260211_123707

Zařízení pro povrchovou úpravu materiálů pomocí plazmatu, využívané pro čištění, aktivaci povrchu a zlepšení adheze při následných technologických krocích.

Spin-coater (Laurell WS-400B-6NPP-LITE)

Zařízení pro nanášení tenkých vrstev (např. fotorezistů) metodou odstředivého nanášení, umožňující přesnou kontrolu tloušťky vrstvy.

UV-LED expoziční systém (Idonus UV EXP130R)

Systém pro expozici fotorezistů UV zářením, vhodný pro litografické procesy při výrobě mikrostruktur a mikrofluidních zařízení.

Zařízení související s mikrofluidikou

Akustofluidika

Generátor funkcí (OWON XDG3102)

Dvoukanálový generátor arbitrárních signálů s frekvenčním rozsahem až 100 MHz, vzorkovací frekvencí 1,25 GS/s a frekvenčním rozlišením 1 μHz.

  • Vertikální rozlišení: 14 bitů
  • Výstup: 6 základních tvarů vln a 152 vestavěných arbitrárních tvarů vln
  • Modulační režimy: AM, FM, PM, FSK, 3FSK, 4FSK, PSK, OSK, ASK, BPSK, PWM, sweep, burst

Podpora SCPI a LabVIEW

Osciloskop (OWON XDS3104E)

Čtyřkanálový osciloskop s šířkou pásma 100 MHz a vzorkovací frekvencí 1 GS/s.

  • Rozlišení: 8 bitů
  • Délka záznamu: až 40 MSa
  • Obnovovací frekvence průběhů: až 70 000 wfms/s
  • Pokročilé triggerování a dekódování sběrnic
  • Integrovaný multimetr

Podpora SCPI a LabVIEW

Mikrofluidní regulátor průtoku (Elveflow OB1 MK4)

Systém pro přesné řízení tlakem poháněných toků v mikrofluidních systémech.

  • Rozsah tlaku: −900 až 6000 mbar
  • Stabilita tlaku: až 0,005 %
  • Senzory průtoku MFS 3+: rozsah 7 nL/min až 80 µL/min (pro vodu)

Neinvazivní měření pomocí termální time-of-flight technologie

Vysokonapěťový zdroj, 4kanálový (CAEN DT1470ET)

Stolní zdroj poskytující čtyři nezávislé vysokonapěťové výstupy.

  • Maximální napětí: ±8 kV na kanál
  • Maximální proud: 3 mA

Maximální výkon: 9 W na kanál

Granty a projekty

Řešené granty