Optické biosenzory

Zaměření

Cílem výzkumného týmu je vytvořit rozsáhlou bázi poznatků v oblasti fyziky, chemie a biologie, které umožní vyvinout nové biosenzorové technologie využitelné pro studium a kvantifikaci chemických a biologických látek. Tento multidisciplinární výzkum zahrnuje široké spektrum aktivit - od výzkumu fotonických a plasmonických (nano)struktur a funkčních biomolekulárních souborů, přes vývoj optických měřících metod a systémů, až po jejich využití pro studium biomolekulárních interakcí a detekci chemických a biologických látek v oblastech jako jsou lékařská diagnostika, kontrola jakosti potravin nebo monitorování životního prostředí.

Princip SPR Biosenzoru

  1. J. Homola (editor): Surface plasmon resonance based sensors, Springer, 2006. link
  2. J. Homola: Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species, Chemical Reviews, 108, 462-493 (2008). link

Povrchové plasmony a plasmonické jevy na fotonických (nano)strukturách

Věnujeme se teoretickému a experimentálnímu výzkumu jevů na fotonických (nano)strukturách. Studujeme zejména (nano)struktury s různými typy povrchových plasmonů a to především z hlediska jejich potenciálního uplatnění v optických biosenzorech založených na rezonanci povrchových plazmonů (SPR) a povrchem zesíleném Ramanově rozptylu (SERS).

Elektromagnetické pole zesílené lokalizovaným povrchovým plasmonem na zlaté nanohvězdě. Simulace provedeny metodou konečných diferencí v časové oblasti (FDTD).      Elektromagnetické pole zesílené lokalizovanými povrchovým plasmony na uspořádaném souboru zlatých nanočástic. Simulace provedeny zobecněnou multičásticovou metodou Mie.      Spektrální odezva mřížkové rezonance na periodickém poli nanočástic na změnu indexu lomu. Simulace provedeny metodou vázaných dipólů.

Pole náhodně uspořádaných zlatých nanokuželů připravené koloidní litografií (snímek z el. mikroskopu).      Periodické pole zlatých nanočástic připravené interferenční litografií (snímek z mikroskopu atomárních sil).            Pole náhodně uspořádaných heptamerů zlatých nanodisků připravené elektronovou litografií (snímek z el. mikroskopu).

Relevantní publikace:

  1. B. Špačková, P. Lebrušková, H. Šípová, P. Kwiecien, I. Richter, J. Homola: Ambiguous refractive index sensitivity of Fano resonance on an array of gold nanoparticles, Plasmonics, accepted, available online. link
  2. B. Špačková and J. Homola: Sensing properties of lattice resonances of 2D metal nanoparticle arrays: An analytical model, Optics Express 21(22), 27490 - 27502 (2013) link
  3. M. Piliarik, H. Šípová, P. Kvasnička, N. Galler, J. R. Krenn, J. Homola: High-resolution biosensor based on localized surface plasmons, Optics Express, 20, 672–680 (2012). link
  4. M. Piliarik, P. Kvasnička, N. Galler, J. R. Krenn, J. Homola: Local refractive index sensitivity of plasmonic nanoparticles, Optics Express, 19, 9213–9220 (2011). link
  5. A. Friedl, P. Adam, S. Leshkov, J. Homola: Fabrication of nanoplasmonic arrays with square symmetry using spin-coating method, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 11, 2528-2532 (2011). link

Funkční biomolekulární soubory

Vyvíjíme biomolekulární soubory schopné rozpoznávat různé chemické a biologické látky, zkoumáme způsoby jejich propojení s připravovanými fotonickými (nano)strukturami a optimalizujeme vlastnosti takto biologicky funkcionalizovaných (nano)struktur z hlediska jejich interakcí s biologickým prostředím.

Kovalentní ukotvení          Ukotvení pomocí DNA          Ukotvení založené na vazbě streptavidin-biotin          Ukotvení na polymerním kartáči

Relevantní publikace:

  1. H. Vaisocherová, V. Ševců, P. Adam, B. Špačková, A. S. Pereira, C. Rodriguez-Emmenegger, T. Riedel, E. Brynda, J. Homola: Functionalized ultra-low fouling carboxy- and hydroxy-functional surface platforms and their fouling resistance from undiluted biological media and biorecognition capability, Biosensors and Bioelectronics, 51, 150–157 (2014). link
  2. M. Piliarik, M. Bocková, J. Homola: Surface plasmon resonance biosensor for parallelized detection of protein biomarkers in diluted blood plasma, Biosensors and Bioelectronics, 26, 1656-1661 (2010). link

Optické měřící metody a systémy

Studujeme optické měřící metody (principy, implementace, metody zpracování dat) s cílem vyvinout optické systémy pro biosenzory s vysokou citlivostí. Také se zabýváme transportem biomolekul v kapalných vzorcích a pracujeme na mikrofluidických systémech s optimalizovanými transportními vlastnostmi.

            Laboratorní multikanálový SPR senzor založený na spektroskopii povrchových plasmonů.      Laboratorní SPR senzor s vysokou prostupností založený na zobrazování povrchových plasmonů v polarizačním kontrastu.      Mobilní 6-kanálový SPR senzor založený na nové metodě spektroskopie povrchových plasmonů na difrakční mřížce.

            Mikrofluidní komora s přímých vstříkováním vzorku.             Zvýšení odezvy SPR biosenzoru na 20nM DNA dosažené použitím mikrofluidní komory s pasivními míchacími zónami.           Čip s pasivními míchacími zónami pro zlepšený transport detekované látky pro uspořádané pole SPR senzorů.

Relevantní publikace:

  1. N. Scott Lynn, J. I. Martínez-López, M. Bocková, P. Adam, V. Coello, H. R. Siller, J. Homola: Biosensing enhancement using passive mixing structures for microarray-based sensors, Biosensors and Bioelectronics, 54, 506–514 (2014). link
  2. T. Špringer, M. Piliarik, J. Homola: Surface plasmon resonance sensor with dispersionless microfluidics for direct detection of nucleic acids at the low femtomole level, Sensors and Actuators B, 145, 588-591 (2010). link
  3. M. Piliarik; M. Vala; I. Tichý; J. Homola: Compact and low-cost biosensor based on novel approach to spectroscopy of surface plasmons, Biosensors & Bioelectronics, 24 3430–3435 (2009). link
  4. M. Piliarik, L. Párová, J. Homola: High-throughput SPR sensor for food safety, Biosensors & Bioelectronics, 24, 1399-1404 (2009). link

Optické biosenzory pro studium biomolekul a biomolekulárních interakcí

Zaměřujeme se na aplikace optických biosenzorů pro studium biomolekul a jejich interakcí, například interakcí nukleových kyselin, interakcí protein-protein, či studium aktivity enzymů. Tato činnost zahrnuje zejména vývoj pokročilých experimentálních formátů a nástrojů pro analýzu dat.

      Studium hybridizačních vlastností přírodních a modifikovaných nukleových kyselin.       Studium integrity a odezvy buněk na externí stimulaci pomocí povrchových plasmonů s různou hloubkou vniku.      Studium aktivity enzymu RNázy H s použitím SPR biosenzoru.

Relevantní publikace:

  1. H. Šípová, T. Špringer, D. Rejman, O. Šimák, M. Petrová, P. Novák, Š. Rosenbergová et al.: 5′-O-Methylphosphonate nucleic acids-new modified DNAs that increase the Escherichia coli RNase H cleavage rate of hybrid duplexes, Nucleic acids research (2014): Available online. link
  2. M. Vala, R. Robelek, M. Bocková, J. Wegener, J. Homola: Real-time label-free monitoring of the cellular response to osmotic stress using conventional and long-range surface plasmons, Biosensors and Bioelectronics, 40, 417-421 (2013). link
  3. T. Špringer, H. Šípová, H. Vaisocherová, J. Štepánek, J. Homola: Shielding effect of monovalent and divalent cations on solid-phase DNA hybridization: surface plasmon resonance study, Nucleic Acids Research, 38 , 7343-7351 (2010). link
  4. H. Šípová, H. Vaisocherová, J. Štěpánek, and J. Homola: A dual surface plasmon resonance assay for the determination of ribonuclease H activity, Biosensors & Bioelectronics, 26, 1605-11 (2010). link

Optické biosenzory pro detekci chemických a biologických látek

Vyvíjíme nové biosenzory pro rychlou a citlivou detekci chemických a biologických látek v řadě společensky významných oblastí jako jsou lékařská diagnostika (biomarkery onemocnění), monitorování životního prostředí (polutanty a kontaminanty) a kontrola jakosti potravin (patogenní bakterie a toxiny).

    Detekce Karcinoembryonálního antigenu (marker rakoviny tlustého střeva) s použitím SPR biosenzoru a zlatých nanočástic (AuN).      Bakterie E. coli zachycené na povrchu SPR biosenzoru (snímek z el. mikroskopu).          Detekce miRNA-122 (marker poškození jater) s použitím SPR biosenzoru. a sekundární protilátky.

Relevantní publikace:

  1. T. Špringer, M. Bocková, J. Homola: Label-free biosensing in complex media: a referencing approach, Analytical Chemistry, 85, 5637–5640, (2013). link
  2. T. Špringer, J. Homola: Biofunctionalized gold nanoparticles for SPR-biosensor-based detection of CEA in blood plasma, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 404, 2869-2875 (2012). link
  3. H. Šípová, S. Zhang, A.M. Dudley, D. Galas, K. Wang, J. Homola: Surface plasmon resonance biosensor for rapid label-free detection of microribonucleic acid at subfemtomole level, Analytical Chemistry, 82, 10110-10115 (2010). link
  4. K. Hegnerová, J. Homola: Surface plasmon resonance sensor for detection of bisphenol A in drinking water, Sensors and Actuators B, 151, 177-179 (2010). link

Kontaktujte nás

Datová schránka: m54nucy

IČ: 67985882
DIČ: CZ67985882

Sledujte nás

LinkedInFacebook