Vývoj nano- a mikrostrukturovaných funkčních materiálů a mikrofluidních zařízení pro bio a medicínské aplikace

Mgr. Petr AUBRECHT

Doctoral thesis

Development of Nano- and Microstructured Functional Materials and Microfluidic Devices for Bio and Medical Applications

Abstract:

This dissertation explores the advancement of nano- and microstructuring techniques and their applications in bio- and medical fields through the development of microfluidic devices. By investigating the integration of novel materials such as off-stoichiometry thiol-ene-epoxy (OSTE+) polymers and cyclic olefin copolymers (COC), the aim was to enhance the biocompatibility and functional performance of these materials and incorporate them into microfluidic systems. A significant portion of the research was dedicated to optimizing lithography processes for efficient pattern transfer, a crucial step in fabricating precise and functional microfluidic structures. Methods such as plasma treatment, ion irradiation, laser-assisted deposition, and chemical modification were used to nano- and microstructure these surfaces in order to improve cell adhesion and functionality of the device interfaces. This is crucial for bio- and medical applications such as cell culturing and diagnostics. The research included the development of various microfluidic devices, demonstrating their potential in practical applications such as cell culture, 3D tumor generation and cultivation, and rare cell immunocapture. These findings contribute to the field by providing insights into the scalability of microfabrication techniques and proposing a pathway from laboratory prototypes to commercial production. This work not only pushes forward the boundaries of microfluidic technology but also demonstrates the critical role of material science in the advancement of healthcare-related technologies.

Abstract:

Tato disertační práce je zaměřena na aplikaci nano- a mikrostrukturalizačních technik a přípravu mikrofluidních zařízení využitelných v biologických a lékařských aplikacích. Cílem této práce je zvýšení biokompatibility a funkcionality nových typů materiálů, jako jsou nestechiometrické thiol-ene-epoxidy (OSTE+) a kopolymery cyklických olefinů (COC) a jejich integrace do funkčních mikrofluidních zařízení. Významná část výzkumu byla věnována optimalizaci litografických procesů pro efektivní přenos vzorů, což je klíčový krok při výrobě mikrofluidních struktur s vysokou přesností. Pro modifikaci povrchů byly využity metody jako jsou plazmové modifikace, inotové ozařování, laserově asistovaná depozice a chemická modifikace. Tyto metody byly použity k nano- a mikrostrukturování těchto povrchů s cílem zlepšit přilnavost buněk a funkcionalitu rozhraní zařízení. Tyto modifikace jsou zásadní pro použití v biologických a lékařských aplikacích, jako je kultivace buněk a lékařská diagnostika. Výzkum zahrnoval vývoj různých typů mikrofluidních zařízení a demonstraci jejich potenciálu v praktických aplikacích, jako je kultivace buněk, 3D tvorba buněčných sféroidů a immunozáchyt vzácných buněk. Tato dizertace nejen posouvá možnosti mirkofluidních technologií, ale také demonstruje kritickou roli výběru a modifikace materiálů v rozvoji technologií souvisejících se zdravotní péčí a důležitost škálovatelnosti mikrofabrikačních technik s ohledem na jejich budoucí využití v komerční výrobě.

Keywords

Nano- and mikrostrukturace, Povrchové modifikace, Mikrofluidika, Nestechiometrické thiol-ene-epoxidy, Cyklické olefinické kopolymery, Litografie, Buněčné kultivace, Immunozáchyt.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 7. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Jan Malý, Ph.D., Mgr. Jan Malý, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Nanotechnology / Applied Nanotechnology