Biosenzory jako nástroj pro monitorování bakteriální kontaminace pitné vody v reálném čase

Podobné dokumenty
ONLINE BIOSENZORY PŘI HLEDÁNÍ KONTAMINACE PITNÉ VODY


Biosenzory. Helena Uhrová

Rekombinantní protilátky, bakteriofágy, aptamery a peptidové scaffoldy pro analytické a terapeutické účely Luděk Eyer

Luminiscenční analýza Použití luminiscenční spektroskopie v analytické chemii

Využití technologie Ink-jet printing pro přípravu mikro a nanostruktur II.

Magnetické částice, izolace a detekce chřipky (hemaglutininu)

Fluorescence (luminiscence)

Moderní nástroje pro zobrazování biologicky významných molekul pro zajištění zdraví. René Kizek

Zkušební okruhy k přijímací zkoušce do magisterského studijního oboru:

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

Bezpečnostní inženýrství. - Detektory požárů a senzory plynů -

Tento rámcový přehled je určen všem studentům zajímajícím se o aktivní vědeckou práci.

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů

Kvantové tečky. a jejich využití v bioanalýze. Jiří Kudr SPOLEČNĚ PRO VÝZKUM, ROZVOJ A INOVACE CZ/FMP.17A/0436

Základní typy článků:

Přehled metod depozice a povrchových

Spektroskopické é techniky a mikroskopie. Spektroskopie. Typy spektroskopických metod. Cirkulární dichroismus. Fluorescence UV-VIS

NANOMATERIÁLY, NANOTECHNOLOGIE, NANOMEDICÍNA

EnviroPen biosenzor pro detekci halogenovaných polutantů

JIC, zájmové sdružení právnických osob Brno, U Vodárny 2, PSČ tel fax jic@jic.cz

IMUNOFLUORESCENCE. Mgr. Petr Bejdák Ústav klinické imunologie a alergologie Fakultní nemocnice u sv. Anny a Lékařská fakulta MU

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.2. Základní konstrukční součásti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Vybrané spektroskopické metody

Optická vlákna. Laboratoř optických vláken. Ústav fotoniky a elektroniky, AVČR, v.v.i.

PRŮTOKOVÁ CYTOMETRIE - PERSPEKTIVNÍ ALTERNATIVA V ANALÝZE MIKROBIOLOGICKÝCH UKAZATELŮ KVALITY VOD

Enterotoxiny Staphylococcus aureus. Jana Kotschwarová Andrea Koťová

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

Tématické okruhy pro státní závěrečné zkoušky

Seznam otázek pro zkoušku z biofyziky oboru lékařství pro školní rok

Fluorescenční mikroskopie

Lasery v mikroelektrotechnice. Soviš Jan Aplikovaná fyzika

Nabídkový list spolupráce 2014

Nanotechnologie a Nanomateriály na PřF UJEP Pavla Čapková

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.8. Laserové zpracování materiálu. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Chemické metody přípravy tenkých vrstev

SPR Povrchová Plasmonová Resonance. Zdroj: Wiki

KOMPLEXY EUROPIA(III) LUMINISCENČNÍ VLASTNOSTI A VYUŽITÍ V ANALYTICKÉ CHEMII. Pavla Pekárková

Fotonické nanostruktury (nanofotonika)

Metody analýzy povrchu

10/21/2013. K. Záruba. Chování a vlastnosti nanočástic ovlivňuje. velikost a tvar (distribuce) povrchové atomy, funkční skupiny porozita stabilita

Katedra chemie FP TUL Chemické metody přípravy vrstev

Metody analýzy povrchu

Mikro a nanotribologie materiály, výroba a pohon MEMS

Speciální spektrometrické metody. Zpracování signálu ve spektroskopii

Rozhledy matematicko-fyzikální

Lasery RTG záření Fyzika pevných látek

Nano a mikrotechnologie v chemickém inženýrství. Hi-tech VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE ÚSTAV CHEMICKÉHO INŽENÝRSTVÍ

Metody testování humorální imunity

Veronika Janů Šárka Kopelentová Petr Kučera. Oddělení alergologie a klinické imunologie FNKV Praha

Principy chemických snímačů

Společná laboratoř optiky. Skupina nelineární a kvantové optiky. Představení vypisovaných témat. bakalářských prací. prosinec 2011

Molekulární krystal vazebné poměry. Bohumil Kratochvíl

Infračervená spektrometrie

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Návod pro laboratorní úlohu: Závislost citlivosti plynových vodivostních senzorů na teplotě

Spektrometrické metody. Reflexní a fotoakustická spektroskopie

SPEKTROMETRIE. aneb co jsem se dozvěděla. autor: Zdeňka Baxová

RADIOIMUNOANALÝZA (RADIOIMMUNOASSAY) Převzato: sciencephoto.com Test krve hepatitis virus

Název a číslo materiálu VY_32_INOVACE_ICT_FYZIKA_OPTIKA

REAKTIVNÍ MAGNETRONOVÉ NAPRAŠOV. Jan VALTER HVM Plasma s.r.o.

Komplementový systém a nespecifická imunita. Jana Novotná Ústav lékařské chemie a biochemie 2 LF UK

Luminiscenční spektroskopické metody

Pokročilé AFM mody Příprava nosičů a vzorků. Verze Jan Přibyl, pribyl@nanobio.cz

elektrické filtry Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech

Pokročilé cvičení z fyzikální chemie KFC/POK2 Vibrační spektroskopie

Metoda Live/Dead aneb využití fluorescenční mikroskopie v bioaugmentační praxi. Juraj Grígel Inovativní sanační technologie ve výzkumu a praxi

Nové technologie v mikrobiologické diagnostice a jejich přínos pro pacienty v intenzivní péči

Fotonické nanostruktury (alias nanofotonika)

STAFYLOKOKOVÉ ENTEROTOXINY. Zdravotní nezávadnost potravin. Veronika Talianová, FPBT, kruh: 346 Angelina Anufrieva, FPBT, kruh: 336

Úloha protein-nekódujících transkriptů ve virulenci patogenních bakterií

nm. mory_cz_02_68x68mm_02.indd :31

NANOTECHNOLOGIE ledna 2015 GYMNÁZIUM DĚČÍN

F l u o r e s c e n c e

Metody práce s proteinovými komplexy

Pokročilé biofyzikální metody v experimentální biologii

Příklady biochemických metod turbidimetrie, nefelometrie. Miroslav Průcha

BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

Lasery optické rezonátory

Studijní program: Analytická a forenzní chemie

Infračervená spektroskopie

Antigeny. Hlavní histokompatibilitní komplex a prezentace antigenu

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE - kvalitativní i kvantitativní detekce v GC a LC - pyrolýzní hmotnostní spektrometrie - analýza polutantů v životním

Tabulace učebního plánu. Obecná chemie. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Ročník: 1.ročník a kvinta

Chování látek v nanorozměrech

MONITOROVÁNÍ. Jan Prášek

galvanicky chemicky plazmatem ve vakuu Vrstvy ve vakuu MBE Vakuová fyzika 2 1 / 39

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Pevné lékové formy. Vlastnosti pevných látek. Charakterizace pevných látek ke zlepšení vlastností je vhodné využít materiálové inženýrství

Fotovoltaické systémy

Vybrané funkční vlastnosti bílkovin v potravinách. Aleš Rajchl Ústav konzervace potravin

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

Metody charakterizace

Podivuhodný grafen. Radek Kalousek a Jiří Spousta. Ústav fyzikálního inženýrství a CEITEC Vysoké učení technické v Brně. Čichnova

Návod pro laboratorní úlohu: Komerční senzory plynů a jejich testování

Transkript:

Biosenzory jako nástroj pro monitorování bakteriální kontaminace pitné vody v reálném čase Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

Praktický potenciál biosenzorů Biosezory jsou schopny oproti klasickým stanovením poskytnout požadovanou informaci s vysokou detekční citlivostí rychle a v reálném čase. Hlavní aplikační oblasti biosenzorů: Potravinářský průmysl: mikrobiální bezpečnosti potravin, rezidua pesticidů, testování geneticky modifikovaných plodin. Zdravotnictví: včasná diagnostiky patogenního procesu, možnost průběžně monitorovat terapeutický zásah. Životní prostředí a vodní zdroje: monitorování koncentrace xenobiotik (syntetických molekul a jejich metabolitů) v reálném čase. Vodárenství: monitoring bakteriální kontaminace ve vodárenských distribučních sítích. Klasické mikrobiologické analýzy vzorků pitných vod jsou založeny na kultivacích, které jsou schopny poskytnout adekvátní výsledek v časovém horizontu 2-3 dnů což může být v případě havárie pozdě. Hlavní aplikační oblast biosenzorů pro detekci patogenů

Princip biosenzoru?

Optické biosenzory Foto-krystalické biosenzory Transduktorem jsou jsou fotonické krystaly (též nazývané fotonické pásmové propusti -zamezují průchod fotonů určitých vlnových délek Fotonické krystaly transformující vazebnou událost jako změnu fluorescence Znázornění 3D periodického fotonického krystalu Povrchová plasmonová rezonance (SPR) Optický jev založený interakcí vodivostních elektronů kovu (zlata) s dopadajícím světelným zářením a vzniku rezonance mezi zářením a povrchovými elektrony kovu (vznik tzv. povrchových plasmonů na rozhraní kov/dielektrikum). Převzato z: Tokel, O. et al. Portable Microfluidic Integrated Plasmonic Platform for Pathogen Detection. Scientific Reports 2015, 5, 9. Úhel kdy dochází k rezonanci je závislý na indexu lomu média v blízkosti rozhraní Při změně složení média dochází ke změně úhlu dopadu světla při kterém dochází k rezonanci

Piezoelektrické biosenzory Piezoelektrické senzory jsou založeny na sledování změn rezonanční frekvence na křemenném krystalu indukované hmotnostní změněnou na jeho povrchu v důsledku vazebné události na povrch senzoru ukotvené senzorové molekuly s cílovým analytem

Elektrochemické biosenzory Impedanční biosenzor pro detekci patogenní bakterie E. Colli založený na polovodivé křemíkovém transduktoru a antibakteriálním peptidu Namganinu jako senzorové molekule Si transduktor Odečet impedančních změn Elektrochemická impedanční spektroskopie Převzato z: Mannoor, M. S. et al. Electrical detection of pathogenic bacteria via immobilized antimicrobial peptides. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2010, 107 (45), 19207-19212.

Technické limity omezující širší zavedení biosenzorů do praxe Pro praktické použití biosensorů je klíčovou otázkou stabilita rozpoznávací složky, tj. senzorových molekul imobilizovaných na povrchu transduktoru - zejména v případě proteinů. Stabilita rekogniční složky je podmíněna charakterem materiálu transduktoru a vhodnými chemickými postupy pro připojení ( roubování, grafting) biomolekul na jeho povrch Nejčastěji užívanými transduktory pro konstrukci biosenzorů jsou křemík a zlato jejichž povrch není zcela inertní denaturace navázaných proteinů v důsledku jejich interakce s povrchem Řešení tohoto problému Transduktory založené na zcela inertní a biokompatibilním nanokrystalickém diamantu

Biosenzory jako nástroj pro monitorování bakteriální kontaminace pitné vody v reálném čase Proč syntetický nanokristalický diamant? Diamant Orlov neboli Velký Mogul, pochází z Jndie a byl darován knížetem Orlovem carevně Kateřině Je zcela inertní a biokompatibilní Jeho inertní struktura umožňuje inkorporaci defektů jako jsou luminiscenční N-V centra která produkují stabilní časově neomezenou luminiscenci ve srovnámí s jinak užívanými kvantovými tečkami (QDs) a luminiscenčními barvičkami. Luminiscenci lze navíc modulovat změnami elektrizkého pole probíhajícími blízko jeho povrch což umožňuje monitorovat blízko povrch probíhající chemické a biologické interakce Při přípravě nanokristalického diamantu chemickou depozici z plynné, tj. fáze tzv. CVD (chemical vapor deposition) technikou jej lze dopovat některými prvky a cíleně tak modulovat jeho elektrické nebo optické parametry.

Projekt MPO-TRIO: Biosenzory pro detekci bakteriální kontaminace pitné vody Navržený biosenzor je založen bórem dopované nanokristalické diamantové (BDNCD) vrstvě jako transduktoru Řešitelé projektu jsou: společnost APIGENEX s.r.o., Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Fyzikální ústav AV ČR a Ústav molekulární genetiky AV ČR

Biosenzory jako nástroj pro monitorování bakteriální kontaminace pitné vody v reálném čase Ukázka BDNCD vrstev připravených CVD technikou na křemíkovém a skleněném substrátu Na FZÚ vypracované depoziční podmínky pro přípravu BDNCD vrstev založené na mikrovlnné depozici z plynné fáze umožnují přípravu vrstev v dostatečně velkých plochách. Obr. 1 Křemíkové a skleněné substráty (1 cm 2 ) po první depozici. Semi-průhledné vzorky připravené na skle mají typickou modrou barvu borem dopovaného diamantu. Obr. 2: SEM průřez a vrchní pohled na BDNCD vrstvu s fasetovými diamantovými zrny

Biosenzory jako nástroj pro monitorování bakteriální kontaminace pitné vody v reálném čase Primární chemická fukcionalizace BDNCD vrstvy Nezbytná podmínka pro úspěšné navázání senzorových molekul Předmostí Click chemistry je ortogonalita ve vztahu k dalším funkční skupinám přítomným v komplexní navazované molekule

Biosenzory jako nástroj pro monitorování bakteriální kontaminace pitné vody v reálném čase Regioselektivní Coiled Coil ligace rekombinantních monoklonálních protilátek v scfv formátu Tato technika založená na zacívkování dvou komplementárních peptidů z nichž jeden nese rekombinantní protein a druhý je kovalentně navázán na nosič umožňuje navázat protilátku aniž došlo negativnímu ovlivnění jejího vazebného centra Antigen Protilátka Y(VAALEKE)4 Pechar, M. et al. Coiled Coil Peptides as Universal Linkers for the Attachment of Recombinant Proteins to Polymer Therapeutics. Biomacromolecules 2011, 12 (10), 3645-3655.

Intimin jako cílový markér pro detekci patogenní E.coli IIntimin je protein prezentovaný na vnější membráně E. coli a je významným a její faktorem virulence Dalším potenciálním cílovým markérem je translokovaný receptor intiminu (TIR). Vhodné senzorové molekuly: protilátky proti intiminu a TIR, nebo vazebná doména TIR. Krystalová struktura C-terminálního fragmentu intiminu v komplexu s TIR

Další senzorové molekuly s vazebnou afinitou k E.coli Sacharidy s vazebnou afinitou k bakteriálním lektinům ve formátu proti enzymatická hydrolýze stabilních C-glykosidů Antibaktriální peptid s vazebnou afinitou k E.coli

Děkuji z pozornost