Mikrobioanalityka jest terminem określającym interdyscyplinarną dziedzinę badań na pograniczu chemii, biologii i biochemii, medycyny i inżynierii materiałowej, umożliwiając tworzenie miniaturowych narzędzi i urządzeń oraz opracowywanie nowych metod i procesów, adekwatnych do operacji jednostkowych w mikroobiętościach.

Wśród dominujących obszarów zastosowań mikrobioanalityki należy wymienić między innymi badanie mechanizmów oddziaływania toksycznych pierwiastków i związków chemicznych na organizmy żywe na poziomie komórkowym, tj. poznanie przyczyn chorób i wczesnego ich diagnozowania, pozwalającego na zastosowanie skutecznej terapii, co w konsekwencji prowadzi do opracowania nowych narzędzi dla szybkiej diagnostyki medycznej.

Rozwój dziedzin związanych bioanalityką i biomonitoringiem jest nieodzowny w nowoczesnej diagnostyce medycznej, kontroli procesowej w biotechnologii czy monitorowaniu on – line zanieczyszczeń środowiska. Ale jest też fundamentalny dla prowadzenia badań biologicznych, rozwoju proteomiki, metabolomiki i genetyki, gdzie skala i złożoność badanych obiektów wymaga metod i urządzeń, pozwalających na szybką i wiarygodną informację. Jednym z aktualnych trendów w diagnostyce medycznej jest decentralizacja badań i przeprowadzenia testów w gabinecie lekarza lub na stanowisku intensywnej opieki medycznej tzw. point-of-care (POC) sites. Stwarza to z kolei zapotrzebowanie na nowe testy analityczne i technologie detekcji bioanalitów, które są w stanie szybko, wiarygodnie i ekonomicznie dostarczyć wyniki badań.

Czym jest mikrobioanalityka – Wprowadzenie

Mikrosystemy – modułowe czy zintegrowane?

Materiały i technologie do wytwarzania miniaturowych struktur Lab–on–a-Chip

Krzem

Szkło

Polimery

1. Charakterystyka materiałów polimerowych

2. Metody kształtowania i obróbki materiałów polimerowych

Ceramika

Biopolimery, minerały biozgodne

Metale i stopy metali stosowane w medycynie

Materiały ceramiczne stosowane w medycynie

Polimery stosowane w medycynie i dentystyce

1. Biozgodność tworzyw sztucznych

2. Wyzwania dla nowych materiałów medycznych

3. Biozgodne tworzywa sztuczne

4. Biozgodne polimery biodegradowalne

Kontrola przepływu cieczy w mikrourządzeniach typu Lab–on–a-Chip

Wprowadzenie

Metody wymuszania przepływu cieczy w mikrourządzeniach

Mikropompy

Mikropompy niemechaniczne

Mikrozawory

Mikromieszalniki

Zastosowanie mikromieszalników w układach bioanalitycznych typu Lab–on–a-Chip

Metody spektroskopowe i optyczne w mikrosystemach Lab–on–a-Chip

Spektrofotometria

Detekcja fluorescencyjna

1. Widma absorpcji i fluorescencji, przesunięcie Stokesa

2. Natężenie fluorescencyjne

3. Fluorescencyjny styl życia

4. Wydajność kwantowa fluorescencji

5. Wygaszanie fluorescencji

6. Anizotropia fluorescencji

7. Rezonansowe przeniesienie energii – FRET

8. Chemiluminescencja

Spektroskopia fototermiczna

Spektroskopia Ramana

Metody oparte na zmianie współczynnika załamania światła

1. Technika SPR

Metody oparte na zjawisku rozpraszania światła

Mikroreaktory enzymatyczne i ich zastosowania

Enzymy – budowa i działanie

Mikroreaktory

Podstawowe techniki używane podczas badań w mikroreaktorach enzymatycznych

1. Immobilizacja enzymów wewnątrz kanałów

2. Immobilizacja enzymów na powierzchni mikrokanałów

Zastosowanie enzymów w miniaturowych systemach chemicznych

1. Analiza białek

2. Analiza kwasów nukleinowych

3. Analiza parametrów działania enzymów

4. Inne biotransformacje

Mikroelekroforezja kapilarna i jej zastosowanie

Miniaturyzacja elektroforezy kapilarnej

1. „Historia” mikroCE

2. Podstawy działania elektroforezy kapilarnej

Układ mikroelektroforezy kapilarnej

1. Struktura chipu do mikroCE

2. Wymagania materiałowe

3. System do mikroelektroforezy kapilarnej

Transport i rozdzielenie próbki w mikroelektroforezie

Zastosowania chipów do mikroelektroforezy

Biosensory – Podstawy

Działanie biosensorów chemicznych

Biorozpoznawanie analitów i warstwy receptorowo biosensorowi

1. Biokatalizacja

2. Receptory powinowactwa

3. Receptory hybrydowe

4. Immobilizacja składników biologicznych

Elementy przetwornikowe biosensorów (systemy detekcji)

1. Elektrochemiczne systemy detekcji

2. Optyczne systemy detekcji

3. Inne systemy detekcji

Parametry pracy biosensorów

Biosensory – Zastosowania

Sensory chemiczne do oznaczania bioanalitów

1. Oznaczenie elektrolitów i pH

2. Gazometria płynów fizjologicznych

3. Oznaczenie innych analitów

4. komercyjne analizatory wykorzystujące sensory chemiczne

Przykłady zastosowań biosensorów

1. Biosensory w diagnostyce medycznej

2. Zastosowanie biosensorów w ochronie środowiska

3. Zastosowanie biosensorów w kontroli żywności

Perspektywy rozwoju biosensorów

Zastosowanie koncepcji elektronicznego nosa i języka do klasyfikacji próbek spożywczych i fizjologicznych

Wprowadzenie

Pierwsze matryce czujnikowe – elektroniczny nos

Matryce czujnikowe do pomiarów w fazie ciekłej – elektroniczny język

Blok rozpoznawania obrazu – klasyfikacja próbki

Zastosowanie matryc czujnikowych

Systemy komercyjne

Kierunki rozwoju

Chipy DNA, PCR oraz do proteomiki

Genomika a proteomika – obszary badań

1. Główne kierunki badań w genomice

2. Główne kierunki badań w proteomice

Proteomika i geomika w miniaturowych układach

Mikromacierze proteomiczne

Miniaturowe układy przepływowe w proteomice

Technika PCR

1. Technika μPCR

Chipy DNA

Mikromacierze a diagnostyka i leczenie

Inżynieria komórkowa w mikroukładach typu Lab–on–a-Chip

Wprowadzenie

Inżynieria komórkowa i tkankowa

1. Podstawowe pojęcia

2. Prowadzenie hodowli

3. In vitro a in vivo

4. Toksykologia

5. Lizaty komórkowe jako narzędzie do badań biomedycznych

Układy typu Lab–on–a-Chip

1. Projektowanie i konstrukcja układów typu Lab–on–a-Chip

2. Zastosowanie układów typu Lab–on–a-Chip