Nanomateriály v biomedicíně

Výzkumné zaměření skupiny

Výzkum skupiny Bio-med lze rozdělit do dvou základních oblastí: syntéza nových nanomateriálů a jejich následná aplikace v biologickém nebo medicinálním odvětví. Syntetická část výzkumné skupiny má dlouhou historii v návrhu designu i vlastní syntéze nanomateriálů založených na kovech včetně železa, zlata, stříbra, platiny nebo potažmo oxidech těchto kovů (magnetit, manghemit). Výsledná forma syntetizovaného nanomateriálu může mít podobu nanokompozitu, nanoslitiny nebo též i tzv. „coreshell“ strukturu. Naše infrastruktura umožňuje provádět charakterizaci nanomateriálů jak z pohledu mikroskopického, tak na základě interakcí vybraných nanomateriálů s živými systémy na buněčné úrovni nebo na úrovni testů na zvířecích modelech. Aplikační část skupiny se specializuje na vývoj analytických procedur, jež jsou následně aplikovatelné v lékařské diagnostice nebo toxikologii, nebo například na vývoj nových kontrastních látek účinných při magnetické rezonanci.

Syntéza a funkcionalizace nanomateriálů

Syntetická skupina tvoří jeden ze základních pilířů BioMed. Skupina je zaměřena na vývoj procedur, jež jsou aplikovatelné v syntéze různých nanomateriálů, které mají následně vlastnosti vhodné pro využití v biologických systémech.

Základní výzkum skupiny lze rozdělit do následujících oblastí:

  1. Kovové nanočástice
  2. Magnetické nanočástice magnetických oxidů železa
  3. Nanokompozity
  4. Nanomateriály založené na uhlíku
  5. Micely

Skupina je vybavena infrastrukturou, jež umožňuje provádět studie chování připravených nanomateríálů ve vybraných biologických systémech. Nanočástice kovů (zejména pak stříbra a zlata) jsou studovány jako potenciální katalyzátory a antimikrobiální násltroje. Magnetické nanočástice jsou studovány jako nástroje pro cílený transport léčiv a též i jako moderní kontrastní látky v MRI. Nanokompozity magnetických částic a nanočástic kovů jsou využívány především jako substráty pro povrchově zesílenou Ramanovu spektroskopii a elektrochemické sensory. Využítí nanomateriálů pro iv-vivo senzory chápeme jako komplexní problematiku. Jsme si vědomi důležitosti, kterou má perfektní znalost chování nanomateriálu v biologických systémech, a proto na každém potenciálně zajímavém nanomateriálu provádíme studie jek z hlediska jejich toxicity, tak z hlediska jejich distribuce. Testy jsou prováděny dedikovanou podskupinou a jsou prováděny jak na buněčné, tak na molekulární úrovni a zahrnují MTT testování, stanovení ROS, studium systému pomocí Ramanovy spektroskopie a nově též i pomocí mikroskopie atomárních sil, kde lze provést experiment v kapalné fázi a simulovat tak reálněji podmínky panující v reálném světě.

Vývoj senzorů založených na Ramanově spektroskopii a elektrochemii

Analytická podskupina tvoří další základní pilíř BioMed. Supina je zaměřena na vývoj analytických platforem využitelných v analýze z fyziologického hlediska zajímavých látek, kde mnoho z nich lze potenciálně využít jako biomarkery některých onemocnění. Výčet zahrnuje například dopamin, DNA, IgG a další. Vývoj analytických procedur využívá techniky založené na následujících principech:

  1. Elektrochemické principy. Zde se uplatňují zejména magnetické nanonočástice, nanomateriály založené na uhlíku, případně jejich nanokompozity s nanočásticemi kovů.
  2. Principy uplatnitelné v Ramanově spektroskopii a vybraných modifikacích, zejména pak povrchově zesálené Ramanově spektroskopii. Zde se uplatňují převářně nanočástice kovů a jejich nanokompozity s magnetickými nanočásticemi oxidů železa.

Skupina se též zaměřuje na komplexní fukcionalizaci nanočástic, která vede k rozšíření jejich analytického potenciálu zejména s ohledem na získanou selektivitu a limity detekce a stabilitu. Funkcionalizace zahrnuje vázání protilátek, enzymů, nízkomolekulárních selektorů, případně oligonukleotidů.


Významné výsledky – Publikace

A. Sitt, J. Soukupova, D. Miller, D. Verdi, R. Zboril, H. Hess, J. Lahann: Microscale Rockets and Picoliter Containers Engineered from Electrospun Polymeric Microtubes, SMALL, vol. 12, iss. 11, pp. 1432-1439, 2016.
DOI: 10.1002/smll.201503467, IF = 8.368
K. J. Datta, M. B. Gawande, K. K. R. Datta, V. Ranc, J. Pechousek, M. Krizek, J. Tucek, R. Kale, P. Pospisil, R. S. Varma, T. Asefa, G. Zoppellaro, R. Zboril: Micro–mesoporous iron oxides with record efficiency for the decomposition of hydrogen peroxide: morphology driven catalysis for the degradation of organic contaminants, J. MATER. CHEM. A vol. 4, iss. 2, pp. 596-604, 2016.
DOI: 10.1039/c5ta08386a, IF = 7.443
V. Urbanova, F. Karlicky, A. Matej, F. Sembera, Z. Janousek, J. A. Perman, V. Ranc, K. Cepe, J. Michl, M. Otyepka, R. Zboril: Fluorinated graphenes as advanced biosensors - Effect of fluorine coverage on electron transfer properties and adsorption of biomolecules, NANOSCALE, Advance Article, 2016.
DOI: 10.1039/c6nr00353b, IF = 7.394
M. Havrdova, K. Hola, J. Skopalik, K. Tomankova, M. Petr, K. Cepe, K. Polakova, J. Tucek, A. B. Bourlinos, R. Zboril: Toxicity of carbon dots – Effect of surface functionalization on the cell viability, reactive oxygen species generation and cell cycle, CARBON vol. 99, pp. 238-248, 2016.
DOI: 10.1016/j.carbon.2015.12.027, IF = 6.196
V. Urbanová, K. Holá, A. B. Bourlinos, K. Čépe, A. Ambrosi, A. H. Loo, M. Pumera, F. Karlický, M. Otyepka, R. Zbořil: Thiofluorographene-Hydrophilic Graphene Derivative with Semiconducting and Genosensing Properties, ADV. MATER., vol. 27, iss. 14, pp. 2305-2310, 2015.
DOI: 10.1002/adma.201500094, IF = 15.409
M. Magro, D. Baratella, P. Jakubec, G. Zoppellaro, J. Tucek, C. Aparicio, R. Venerando, G. Sartori, F. Francescato, F. Mion, N. Gabellini, R. Zboril, F. Vianello: Triggering Mechanism for DNA Electrical Conductivity: Reversible Electron Transfer between DNA and Iron Oxide Nanoparticles, ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS, vol. 25, iss. 12, pp. 1822-1831, 2015.
DOI: 10.1002/adfm.201404372, IF = 10.4
K. Hola, Y. Zhang, Y. Wang, E. P. Giannelis, R. Zboril and A. L. Rogach: "Carbon dots—Emerging light emitters for bioimaging, cancer therapy and optoelectronics", NANO TODAY, 2014.
DOI: 10.1016/j.nantod.2014.09.004, IF = 18.432
V. Urbanova, M. Magro, A. Gedanken, D. Baratella, F. Vianello and R. Zboril: "Nanocrystalline Iron Oxides, Composites, and Related Materials as a Platform for Electrochemical, Magnetic, and Chemical Biosensors", CHEM. MATER., vol. 26, iss. 23, pp. 6653-6673, 2014.
DOI: 10.1021/cm500364x, IF = 8.535
A. Panacek, R. Prucek, J. Hrbac, T. Nevecna, J. Steffkova, R. Zboril and L. Kvitek: "Polyacrylate-Assisted Size Control of Silver Nanoparticles and Their Catalytic Activity", CHEM. MATER., vol. 26, iss. 3, pp. 1332-1339, 2014.
DOI: 10.1021/cm400635z, IF = 8.535
K. Hola, A. Bourlinos, O. Kozak, K. Berka, K. Siskova, M. Havrdova, J. Tucek, K. Safarova, M. Otyepka, E. Giannelis and R. Zboril: "Photoluminescence effects of graphitic core size and surface functional groups in carbon dots: COO− induced red-shift emission", CARBON, vol. 70, pp. 279-286, 2014.
DOI: 10.1016/j.carbon.2014.01.008, IF = 6.160
V. Ranc, Z. Markova, M. Hajduch, R. Prucek, L. Kvitek, J. Kaslik, K. Safarova and R. Zboril: " Magnetically Assisted Surface-Enhanced Raman Scattering Selective Determination of Dopamine in an Artificial Cerebrospinal Fluid and a Mouse Striatum Using Fe 3 O 4 /Ag Nanocomposite ", ANAL. CHEM., vol. 86, iss. 6, pp. 2939-2946, 2014.
DOI: 10.1021/ac500394g, IF = 5.825

Klíčoví spolupracovníci

Asst. Prof. Martin Pumera

  • Získal titul Ph.D. na Karlově Univerzitě v roce 2001.
  • V současné době pracuje jako docent v School of Physical and Mathematical Sciences, CBC, NTU.

Výzkumné zaměření:

  • Zařízení podporující model „lab on chip“
  • elektrochemické biosensory založené na vyuřití nanomateriálů

Prof. Fabio Vianello

  • Získal titul Ph.D. na University of Padova v roce 1993
  • V současné době pracuje jako docent na ústavu biofyziky a biochemie na Katedře Komparativní Biomedicíny a potravinářského výzkumu

Výzkumné zaměření:

  • Purifikace a charakterizace kináz a aminooxidáz a jejich následné využití ve vývoji amperometrických a potenciostatickách sensorů
  • Využití iontů fluoru jako v MRI
  • Přenos elektronů v nízkomolekulárních komplexech kovů umístěných v bolologických systémech.
  • Studium interakcí antioxidantů a volných radikálů v potravinách pomocí MRI.
  • Výzkum v oblasti nanobiotechnologie a vývoje biosensorů založených na využití nanomateriálů

Dr. Clemens Diwoky

  • Získal titul Ph.D. na Graz University of Technology v roce 2014
  • V současné chvíli pracuje jako vědecký pracovník v Institute of Molecular Biosciences, University v Grazu

Výzkumné záměry:

  • Biomedicína
  • Zpracování signálu
  • MRI

Dr. Aristides Bakandritsos

  • Dr. Bakandritsos získal titul PhD na Katedře Chemie na National and Kapodistrian University v Aténách v roce 2006
  • V současné době pracuje na Univerzitě v Patras, Rio v Řecku

Výzkumné záměry:

  • Syntéza hybridních (organických/anorganických) nanokoloidních systémů pomocí „self-assembly“ a „graftig-to“ přístupů.
  • Fyzikálně-chemická funkcionalizace povrchu nanočástic pomocí nízkomolekulárních látek, biopolymerů a syntetických makrostruktur s proměnlivou architekturou.
  • Studium magnetických a koloidních vlastností nanočástic a studium jejich interakcí s molekulami zajímavými z hlediska biologie. Studium vztahů struktury nanočástic a jejich vlastnostmi s jejich následným laděním tak, aby byly nanočástice využitelné ve vývoji terapeutických platforem.
  • Studium samoskládacích („self-assembled“) polymorfních materiálů jejich kompozitů s organickou fází na bázi uhlíku, případně s anorganickými fázemi v podobě nanočástic kovů.

Dr. Stefan Vajda

  • Dr. Vajda obdržel titul Ph.D. na Karlově Univerzitě v Praze v roce 1990.
  • V současné době pracuje na Argonne National Laboratory, Divize chemická, Argonne, Illinois, USA.

Výzkmné zaměření:

  • Fyzikální a chemické vlastnosti kovových klastrů imobilizovaných na substrátech a studium vlastností nanočástic a nanomateriálů
  • Studium termální stability a kinetiky růstu nanočástic pomocí synchrotronové X-Ray
  • Studium vlivu složení povrchu a efektů morfologie na výsledné vlastnosti nanočástic

Senior researchers

Doc. RNDr. Libor Kvítek, PhD.

  • Docent

Výzkumné zaměření:

  • Heterogenní systémy – studium povrchové energie a smáčivosti pevných substrátů, viskozity a povrchového napětí u kapalin a roztoků.
  • Studium roztoků a povrchově aktivních látek a micel
  • Elektrochemie homogenních a heterogenních systémů
  • Studium přípravy, vlastností a aplikačního potenciálu nanočástic stříbra a dalších kovů.

Vybrané publikace

CHEMISTRY OF MATERIALS (2014) 26, 3 1332-1339, MATERIALS CHEMISTRY AND PHYSICS (2013), 140, 2-3, JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C (2008), 112, 15, 5825-5834.


Doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.

  • Docent

Výzkumné zaměření

  • Koloidní střibro, příprava, modifikace a studium stabioity, biologické aktivity, elektrických a optických vlastností koloidů
  • Transmisní elektronová mikroskopie

Vybrané publikace

CHEMISTRY OF MATERIALS (2014) 26, 3, 1332-1339, COLLOIDS AND SURFACES B-BIOINTERFACES (2013), 110, 191-198, BIOMATERIALS (2009), 30, 31, 6333-6340.


Ing. Veronika Urbanová, Ph.D.

  • Odborný asistent

Výzkumné zaměření:

  • Vývoj biosensorů
  • Charakterizace nanomateriálů pomocí elektrochemických technik

Vybrané publikace

ADV. MATER., (2015) 27, 14, 2305-2310, CHEM. MATER. (2014), 26, 23, 6653-6673, ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY (2013), 405, 11, 3899-3906.





Členové skupiny

JménoTitulE-mailTelefonSkupina
Adámková ŠárkaMgr.sarka.adamkova@upol.cz+420 585 63 4384Nanomaterials in biomedicine
Balzerová Anna Mgr.anna.balzerova@upol.cz+420 585 63 4428Nanomaterials in biomedicine
Chaloupková ZuzanaMgr.zuzana.chaloupkova@upol.cz+420 585 63 4390Nanomaterials in biomedicine
Gybasová SoňaBc.sona.gybasova@upol.czNanomaterials in biomedicine
Havrdová MarkétaMgr.marketa.havrdova@upol.czMateřská dovolenáNanomaterials in biomedicine
Holá KateřinaMgr.katerina.hola@upol.czNanomaterials in biomedicine
Hradilová ŠárkaMgr.,Ph.D.sarka.hradilova@upol.cz+420 585 63 4384Nanomaterials in biomedicine
Kvítek Libordoc., RNDr.,CSc.libor.kvitek@upol.cz+420 585 63 4420Nanomaterials in biomedicine
Malina TomášMgr.tomas.malina@upol.cz+420 585 63 4484Nanomaterials in biomedicine
Medříková ZdenkaMgr., Ph.D.zdenka.medrikova@upol.czMateřská dovolenáNanomaterials in biomedicine
Opletalová ArianaMgr.ariana.fargasova@upol.cz+420 585 63 4390Nanomaterials in biomedicine
Panáček Alešdoc.,RNDr.,Ph.D.ales.panacek@upol.cz+420 585 63 4427Nanomaterials in biomedicine
Poláková KateřinaMgr.,Ph.D.katerina.polakova@upol.cz+420 585 63 4950Nanomaterials in biomedicine
Ranc VáclavRNDr., Ph.D.vaclav.ranc@upol.cz+420 585 63 4388Nanomaterials in biomedicine
Soukupová JanaRNDr., Ph.D.jana.soukupova@upol.cz+420 585 63 4425Nanomaterials in biomedicine
Vianello FabioProf., Ph.D.fabio.vianello@upol.czNanomaterials in biomedicine