Mikroeszközök és nanotechnológia a XXI. századi orvostudományban



Hasonló dokumentumok
Röntgen-gamma spektrometria


Liposzómás nanogyógyszerek: nanotechnológia az irányított farmakoterápia szolgálatában

Nanotudományok vívmányai a mindennapokban Lagzi István László Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológiai Tanszék

(

Aktuátorok korszerű anyagai. Készítette: Tomozi György

Havancsák Károly, ELTE TTK Fizikai Intézet. A nanovilág. tudománya és technológiája

Biomolekuláris nanotechnológia. Vonderviszt Ferenc PE MÜKKI Bio-Nanorendszerek Laboratórium

Mérés és adatgyűjtés

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

Fotoindukált változások vizsgálata amorf félvezető kalkogenid arany nanorészecskéket tartalmazó rendszerekben

vmax A részecskék mozgása Nyomás amplitúdó értelmezése (P) ULTRAHANG ULTRAHANG Dr. Bacsó Zsolt c = f λ Δt = x/c ω (=2π/T) x t d 2 kitérés sebesség

A LÉZERSUGÁRZÁS ALAPVETŐ ISMÉRVEI SPONTÁN VS. INDUKÁLT EMISSZIÓ A FÉNYERŐSÍTÉS FELTÉTELE A POPULÁCIÓ INVERZIÓ FELTÉTELE

Ciklodextrinek alkalmazási lehetőségei kolloid diszperz rendszerekben

Kutatóegyetemi Kiválósági Központ 1. Szuperlézer alprogram: lézerek fejlesztése, alkalmazásai felkészülés az ELI-re Dr. Varjú Katalin egyetemi docens

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

Havancsák Károly Nagyfelbontású kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp az ELTÉ-n: lehetőségek, eddigi eredmények

Folyadékkristályok; biológiai és mesterséges membránok

Pásztázó mikroszkópiás módszerek

G04 előadás Napelem technológiák és jellemzőik. Szent István Egyetem Gödöllő

1. Szerszámjavítás lézerhegesztéssel 2. Műanyagok lézeres feliratozása

Dér András MTA SZBK Biofizikai Intézet

A nanotechnológia mikroszkópja

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

Orvosi diagnosztika tenyérnyi eszközökön

Dicsı Ágnes: Lézer a restaurálás szolgálatában Álom és valóság

Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 6.

Szívbetegségek hátterében álló folyamatok megismerése a ciklusosan változó szívélettani paraméterek elemzésén keresztül

A Telomerase-specific Doxorubicin-releasing Molecular Beacon for Cancer Theranostics

Az áramlási citométer és sejtszorter felépítése és működése, diagnosztikai alkalmazásai

NYOMTATOTT HUZALOZÁSÚ LAPOK GYÁRTÁSTECHNOLÓGIÁJA

MULTIDROG REZISZTENCIA IN VIVO KIMUTATÁSA PETEFÉSZEK TUMOROKBAN MOLEKULÁRIS LEKÉPEZÉSSEL

DIPLOMAMUNKA TÉMÁK AZ MSC HALLGATÓK RÉSZÉRE A SZILÁRDTEST FIZIKAI TANSZÉKEN 2018/19.II.félévre

Fényérzékeny amorf nanokompozitok: technológia és alkalmazásuk a fotonikában. Csarnovics István


Citoszkeleton. Sejtek rugalmassága. Polimer mechanika: Hooke-rugalmasság. A citoszkeleton filamentumai. Fogászati anyagtan fizikai alapjai 12.

Sugárzáson, és infravörös sugárzáson alapuló hőmérséklet mérés.

Kézben tartott nemlineáris mikroszkópia Szerző: Szegedi Imre

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Beszámoló az NK72375 számú pályázatról

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

A kémiai kötés magasabb szinten

In vivo szövetanalízis. Különös tekintettel a biolumineszcens és fluoreszcens képalkotási eljárásokra

Hua Wang, Marianne Gauthier, Jamie R. Kelly, Rita J. Miller, Ming Xu, William D. O Brien, Jr. and Jianjun Cheng

Munkagázok hatása a hegesztési technológiára és a hegesztési kötésre a CO 2 és a szilárdtest lézersugaras hegesztéseknél

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

Mérés és adatgyűjtés

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Mágneses erőtér. Ahol az áramtól átjárt vezetőre (vagy mágnestűre) erő hat. A villamos forgógépek mutatós műszerek működésének alapja

Nanodiagnosztika: Nanopartikulum alapú in vivo képalkotás

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Neuronok előkészítése funkcionális vizsgálatokra. Az alkalmazható technikák előnyei és hátrányai. Neuronok izolálása I

Nanotechnológia építıkövei: Nanocsövek és nanovezetékek

Nanofizika, nanotechnológia és anyagtudomány

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

Villamosipari anyagismeret. Program, követelmények ősz

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

VILÁGÍTÓ GYÓGYHATÁSÚ ALKALOIDOK

Abszorpciós fotometria

Tervezte és készítette Géczy László

Az áramlási citometria gyakorlati alkalmazása az ondó rutin analízisben. Hajnal Ágnes, Dr Mikus Endre, Dr Venekeiné Losonczi Olga

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata 4. félév

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Mikroszerkezeti vizsgálatok

Szerkezet és funkció kapcsolata a membránműködésben. Folyadékkristályok típusai (1) Dr. Voszka István

MEMS, szenzorok. Tóth Tünde Anyagtudomány MSc

Mozgékony molekulák vizsgálata modern mikroszkópiával

Termékek mágnesezhető poros repedésvizsgálathoz. Hordozóanyagok, adalékanyagok, egyéb szerek

TestLine - Fizika 8. évfolyam elektromosság alapok Minta feladatsor

Tartalomjegyzék LED hátterek 3 LED gyűrűvilágítók LED sötét látóterű (árnyék) megvilágítók 5 LED mátrix reflektor megvilágítók

Szilárd testek rugalmassága

Abszorpciós fotometria

DistanceCheck. Laser nm

Ultragyors fényindukált folyamatok és optikai mikromanipuláció a biológiában. Groma Géza

Lézer hónolt felületek vizsgálata

Kerámia-szén nanokompozitok vizsgálata kisszög neutronszórással

ELEKTROMÁGNESES REZGÉSEK. a 11. B-nek

ELTE Fizikai Intézet. FEI Quanta 3D FEG kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp

A módszerek jelentősége. Gyors-kinetika módszerek. A módszerek közös tulajdonsága. Milyen módszerekről tanulunk?

Tervezte és készítette Géczy LászlL. szló

Dankházi Z., Kalácska Sz., Baris A., Varga G., Ratter K., Radi Zs.*, Havancsák K.

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

Tervezte és készítette Géczy László

ADATHORDOZÓ LEMEZ. Különböző ADATHORDOZÓK. MO lemez. hajlékonylemez CDROM, DVDROM. lemez. merevlemez CDRAM, DVDRAM. lemez

A kémiai kötés magasabb szinten

Elektromos ellenállás, az áram hatásai, teljesítmény

KAPUK AUTOMATA AUTOMATION INDUSTRY INDUSTRY INDUSTRY

PhD kutatási téma adatlap

Szerkezet és funkció kapcsolata a membránműködésben. Folyadékkristályok típusai (1) Dr. Voszka István

Hallgatói Tájékoztató 2012 Kutatás, témák, TDK lehetőségek. Menyhárd Alfréd Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék. Budapest április 25.

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2012/13-es tanév I. félév

Röntgendiagnosztikai alapok

TDK Tájékoztató 2015 Területek, témák, lehetőségek

Klórozott szénhidrogénekkel szennyezett talajok és talajvizek kezelésére alkalmazható módszerek

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

LÁTÁS FIZIOLÓGIA I.RÉSZ

Az elektron hullámtermészete. Készítette Kiss László

Átírás:

Mikroeszközök és nanotechnológia a XXI. századi orvostudományban Kelemen Lóránd MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont Bevezetés Mikrofluidikai eljárások Nanorészecskék Nanorobotok

Mikrométer: 10-6 m, 1/1.000 milliméter 5µm PNAS 106:21495-21499(2009) Nanométer: 10-9 m, 1/1.000.000 milliméter 3.4 nm Kutatási fázisban lévő eszközök, eljárások

Mikrofluidika 10-1000 µm tipikus keresztmetszetű csatornákból, reakcióterekből, rezervoárokból épül fel Komplett laboratórium egyetlen mikroszkóp tárgylemezen Lab-on-a-chip Pikoliter, femtoliter térfogatú reakciók Egyedi sejteken végezhetők vizsgálatok

Rák diagnosztizálása a tumorsejtek deformálhatósága alapján Mikrofluidikai csatornában végzett optikai vizsgálat Hordozható eszközzé fejleszthető Kezdeti klinikai kísérletek Optikai szál Lézernyalábok Sejt Optikai szál Megvilágítás hatására megnyúlik Egészséges sejtek Csatorna Tumorsejtek Megnyúlás mértéke Cancer Res 2009; 69: (5), p1728

Sejtek válogatása fénynyomás segítségével Fluoreszcensen jelölt sejteket válogatja ki egy sejtszupenzióból Mikroszkóp tárgylemezre integrálható mobil eszközzé fejleszthető A sejt B sejt kontroll Mérő, irányító lézernyaláb 50µm Sejt keverék

Detektálja a fluoreszcencensen megjelölt a sejteket detektálás gerjesztés Az irányító nyaláb szelektíven a megfelelő csatornába tereli a sejteket

Mikromanipuláció optikai csipesszel Laboratóriumhoz kötött Nagyobb precizitás, 3D mozgatás Lézernyaláb Mikroszkóp objektív Sejt Fókuszba térítő erő Keményítő darabkák (~5-10µm)

Lézeres polimerizáció Mioreszközök kézítése 3D-ben Méretek: 100 nm 100 µm Fókuszált lézernyaláb Polimerizált szerkezet Fényre keményedő polimer

Lézerrel polimerizált mikrotű gyógyszer bőrszövetbe juttatására Mechanikai ellenállás sertés hámszöveten tesztelve A tű anyaga polimer-kerámia hibrid (ORMOCER, sejtbarát) Int. J. Appl. Ceram. Technol., 4[1] 22 29 (2007)

Optikai csipeszben használható mikroeszközök Nano-, mikroméretű testek kontrollált mozgatása fénnyel, fizikai kontaktus nélkül Optikai csipesszel megragadott mikroeszköz, amit szabadon lehet forgatni és pozícionálni Próba Fogantyú d

Optikai csipeszben használható mikroeszközök Készítés Geometriai jellemzők Felület funkcionalizálás Arany nanorészecskék 10µm

Optikai csipeszben használható mikroeszközök Sejtek felületének vizsgálata felület-erősített fluoreszcenciával / Raman spektroszkópiával Vizsgált terület: ~100nm Intenzitás (AU) Au nanorészecskék nélkül Au nanorészecskékkel Erősített fluoreszcencia spektrum Hullámhossz (nm)

Lézeres mikrosebészet Idegsejt átvágása in vivo egyetlen lézerimpulzussal, 100-200µm mélységben Infravörös hulámhossz: a szövetben nagyobb mélységben lehet dolgozni Egyedileg lehet idegi kapcsolatokat megszakítani 60µm a sejt többi részének károsodása nélkül 25µm a környezet károsodása nélkül J. Biomed. Optics, 12[5] 050502-1(2007)

Nanocsipesz Nano-, mikroméretű testek kontrollált mozgatása mikromechanikai eszközzel Fém elektródák Szén nanocsövek közelít megragad eltávolít 2µm Science 286:2148-2150(1999)

A legegyszerűbb nanorobot: a nanorészecske A megcélzott sejtet felismerő és a hatóanyagokat nanorészecskékre (-be) csomagolják Szilárd maggal Liposzómában Lipid kettősréteg PEG Belső kontrasztanyag Külső kontrasztanyag Hatóanyag Antitest Felismerő ligand PEG Célsejtet felismerő réteg Intracelluláris felismerés Terápiás összetevő Egyéb érzékelő Szilárd mag (MRI kontraszt vagy Q-pötty) Forgalomban lévő gyógyszerek liposzóma hordozóban Termék Hatóanyag Gyártó Doxil Doxorubicin ALZA DaunoXome Daunorubicin Gilead Sciences Ambisome Amphotericin B Gilead Sciences Amphotec Amphotericin B ALZA Abelect Amphotericin B ELAN

Nanorészecskék alkalmazásának főbb módozatai Képalkotás javítása Lokalizált terápia Rák felismerése Célzott kezelés Tumorhoz kötődés Rákos sejtek elpusztítása

Szabadalmak (csak két példa ) Ferromágneses anyagba csomagolt gyógyszer, kontrasztanyag Polimer mátrixba csomagolt kontrasztanyag

Nanorészecskék sejtfelismerő molekulák nélkül Számít a méret és a töltés! töltés: pozitív átmérő: 5nm Arany nanorészecskék koncentrációja az egyes szervekben a méret és a töltés függvényében vér agy izom hasnyálm. tumor szív vese tüdő máj lép töltés: negatív átmérő: 5nm töltés: negatív átmérő: 10nm vér agy izom hasnyálm. tumor szív vese tüdő máj lép vér agy izom hasnyálm. tumor szív vese tüdő máj lép Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 3:281 296(2007)

Képalkotás javítása: MRI kontrasztanyag (patkány agy) Nanorészecske: szilárd mag + lipid réteg Kontrasztanyag nélkül 45 perccel a kontrasztanyag beadás után 45 perccel a kontrasztanyag beadás után (kiemelve) Polipeptid Paramágneses lipid PEG+lipid Kvantum pötty Angiogenesis 12:17 24(2009)

Lokalizált terápia: tumor hőkezeléses terápiája A tumorban felhalmozódott nanorészecskék lézeres megvilágítás hatására felmelegszenek Polisztirén mikrogömb (~0.2µm átmérő) Arany nanorészecske kezdemények (~7nm) Teljes arany nanorészecskefedettség (~20nm vastag kéreg) Infravörös lézerfény Hőleadás Nanotechnology 19 455101(2008)

Lokalizált terápia: tumor hőkezeléses terápiája Nanorészecske + lézerfény Csak lézerfény Kontroll 0. nap A tumor lassabban nő a kezelés hatására 12.nap Tumor térfogat (mm 3 ) kezelt csak lézerfény kontroll Kezelés óta eltelt idő (nap) Nanotechnology 19 455101(2008)

Lokalizált terápia: hatóanyag termikus felszabadítása Mágneses részecskék és gyógyszer polimer mátrixban Mágneses kezelésre hőfelszabadulás a nanomágnesekben A polimerben kötések szakadnak fel: a mátrix kitágul Amíg magasabb a hőmérséklet, a gyógyszer ki tud diffundálni a mátrixból Laboratóriumban demonstrálták a hőmérséklet emelkedést kobalt ferrit szuszpenzióval Példák a mágneses anyagokra: MagnetitFe 3 O 4 Hematit, Fe 2 O 3 Kobaltferrit, CoFe 2 O 4 Pharmaceut. Res., 26:644-656(2009)

Nanorobot tervezési stratégia Fény, hő, mechanikai, kémiai energia Energia átalakítás Energia tárolás Érzékelők Környezeti változások Adattovábbítás Adatfeldolgozás vezérlés dx.doi.org/10.1021/nl201505c

Nanorobot tervezési stratégia Nanogenerátor vázlata és a megvalósult eszköz Elektróda ZnO nanorúd réteg Elektróda Hajlékony műanyag szubsztrát nanorudak Alakváltozásra piezoelektromos feszültség keletkezik Összenyomás Megnyúlás Mechanikai deformáció az áramkörök által használható elektromos feszültséggé alakul Külső bemenő jel: LED fénye Kimenő jel: rádiófrekvenciás adás dx.doi.org/10.1021/nl201505c

Nanorobot működésének számítógépes modellezése Vércukorszint-figyelő robot Modell elemei: Nanorobot Hajszálerek Folyadékáramlás Vércukor szintje VVT Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 4:127 138(2008)

Nanorobot működésének számítógépes modellezése Vércukorszint-figyelő robot Erőforrás: CMOS Mozgás: passzív áramlás Vércukorszint megfigyelés: SGLT-3 fehérje szint mérése Kommunikáció: rádiófrekvenciás impulzusok (mobiltelefon?) Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 4:127 138(2008)

Lépések a nanorobot felé: mikrorobot Mágneses fejjel és helikális testtel rendelkező struktúra forgó mágneses mezőben Mágneses fej Cr/Ni/Al hármas réteg 10nm, 180nm és 10mnm vastagsággal Helikális test 4µm InGaAs/GaAs/Cr hármas réteg 11nm, 16nm és 15mnm vastagsággal Szalag szélessége: 1.8µm A test mindig a mágneses mező irányára merőlegesen áll be A forgó mező megforgatja a testet Flagella-szerű mozgást végezve a forgó mozgás egyenesen haladóvá alakul Appl Phys Lett 94, 064107 (2009)

Lépések a nanorobot felé: mikrorobot Mágneses fejjel és helikális testtel rendelkező struktúra forgó mágneses mezőben Appl Phys Lett 94, 064107 (2009)

Lépések a nanorobot felé Vezeték nélküli, mágneses térrel irányítható és termikusan vezérelhető mikrofogó Műanyag Nikkel Réz Króm Nyitott állapot Hő hatására bezárul PNAS 106:703 708(2009)

PNAS 106:703 708(2009)

PNAS 106:703 708(2009)

MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont Biofizikai Intézet Ormos Pál Dér András Valkai Sándor Kirei Huba BadriA. L. Rao Mathesz Anna Vizsnyiczai Gaszton

UV-fény polimerizációval készített 3D vázszerkezet sejtkultúrák számára Akril-alapú polimer váz A vászerkezeten nőtt, fluoreszcens festékkel jelölt sejtek 2008 Han

Lokalizált terápia: hatóanyag termikus felszabadítása Hőmérséklet emlkedésének hatása a vivőanyagra