Laboratoř na čipu. Lab-on-a-chip. Pavel Matějka

Laboratoř na čipu Lab-on-a-chip Pavel Matějka

Typy analytických čipů 1. Chemické čipy 1. Princip chemického čipu 2. Příklady chemických čipů 3. Příklady analytického použití

2. Biočipy 1. Princip biočipu 2. Příklady konstrukce biočipů 3. Příklady analytického použití

Typy chemických čipů 1. Chemické čipy   

a chemical reaction field micro integrated chemical system various unit operations of chemical process are integrated into chips on a substrate Senzorové čipy – chemicko-elektronický čip

 



Mikrosenzory a nanosenzory

Výpočetní chemické čipy – „chemické počítače“  

Využití různých chemických reakcí Konformační počítače - konformační změny polymerů

Laboratoř na čipu 

A lab-on-a-chip (LOC) is a device that integrates one or several laboratory functions on a single chip of only millimeters to a few square centimeters in size. LOCs deal with the handling of extremely small fluid volumes down to less than pico liters.  Lab-on-a-chip devices are a subset of microelectromechanical systems (MEMS - devices) and often indicated by "Micro Total Analysis Systems" (µTAS) as well. " µTAS " are microfluidicsbased systems which integrate multiple laboratory-type capabilities on a single chip only a few centimeters in size.

Laboratoř na čipu 

A multidisciplinary approach to miniaturize biological assays or procedures in analytical chemistry.  To embed the required equipments for performing the biological assays in a single chip for single purpose.  Low sample consumption;  Fast biochemical reactions & Miniaturization;  Point-of-care

Laboratoř na čipu  

Low voltage E=V/d (d: 1cm to 1µm, V:10kV to 1V) Low-sample low-cost experiment with expensive biomaterials 1ml to 1nl  Fast biological assays 1 hr to 1ms  Miniaturized devices  Home healthcare, Point-of-care monitoring, Home diagnostic,…  Portable devices  Miniaturization is only solution for single cell detection :

Laboratoř na čipu

Biočipy  A biochip is a collection of miniaturized test sites (microarrays) arranged on a solid substrate that permits many tests to be performed at the same time in order to achieve higher throughput and speed. Typically, a biochip's surface area is no larger than a fingernail. Like a computer chip that can perform millions of mathematical operations in one second, a biochip can perform thousands of biological reactions, such as decoding genes, in a few seconds. SearchCIO-Midmarket.com Definitions

NASA researchers customize "lab-on-a-chip" technology to help protect future space explorers and detect life forms on Mars

Labs on chips are manufactured in many shapes and sizes and can be used for numerous applications - from medical tests to water quality monitoring to detecting the signatures of life on other planets. The eight holes on this chip are actually ports that can be filled with fluids or chemicals. Tiny valves control the chemical processes by mixing fluids that move in the tiny channels that look like lines, connecting the ports.

Complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS)

Výhody technologie DNA čipů

Zkoumání širokého spektra látek Práce v místě výskytu vzorku Rychlý a snadný zisk výsledků

Co je to DNA microarrays  Sklíčko, na kterém jsou naneseny sondy- přesně definované skupiny nukleotidů  Aplikace vzorku na čip  Komplementární DNA  Hybridizace

Praktické využití DNA čipů odlišení buněk napadených rakovinou  Zdravá buňka  Rakovinná buňka  Melanom  Porovnání rozdílů při vyjádření genů mezi rakovinnými a zdravými buňkami pomocí DNA čipu

Melanoma cells

Postup experimentu  Získání tkáně  Zisk RNA  Zisk mRNA  Zisk a označení DNA  Aplikace na DNA čip  Skenování mikročipu  Vyhodnocení dat

Vyhodnocení výsledků  Využití obarvení – osvícení zeleným a červeným laserem  Uložení pozic komplementárních DNA  Výsledný obrázek