Browse
Recent Submissions
Now showing 1 - 5 of 11
- ItemNová generace grafenových bolometrů(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Martyniuk, Oleh; Neugebauer, Petr; Meziani, Yahya; Maussang, KennethBolometrické detektory jsou klíčové pro detekci nepatrných změn energie záření a nacházejí široké uplatnění v astronomii, materiálových vědách a environmentálním monitoringu. Jejich výjimečná citlivost při kryogenních teplotách umožňuje detekci extrémně slabých tepelných signálů, což posouvá vpřed vědecký výzkum a technologii. Tato práce se zabývá výrobou a charakterizací pokročilých architektur bolometrů založených na grafenu připraveném metodou chemické depozice z plynné fáze (CVD), využívajících jeho vynikající elektrické vodivosti, tepelných vlastností a mechanické pevnosti. Jsou demonstrovány tři hlavní výsledky. Za prvé, hlásíme úspěšnou výrobu bolometrů s kvantovými tečkami využívajících CVD grafen, kde kvantové uzamčení zesiluje teplotní závislost elektrického odporu – klíčový parametr pro citlivou bolometrickou detekci. Za druhé byl vyroben nový design zařízení s multi-paralelními kvantovými tečkami na bázi CVD grafenu, ukazující zlepšenou škálovatelnost a odolnost. Za třetí ukazujeme, že napětí na zadním hradle sehrává klíčovou roli při ladění teplotní závislosti odporu grafenové kvantové tečky, a tím poskytuje laditelný mechanismus pro optimalizaci výkonu bolometru. Důležité je, že multi-paralelní architektura umožňuje optimalizaci celkové impedance bolometru, což usnadňuje jeho budoucí integraci s anténami pro vysokofrekvenční aplikace. Tento design zároveň umožňuje výrazné zvětšení celkové aktivní plochy grafenu při zachování stejné úrovně odezvy, čímž překonává běžný kompromis u miniaturizovaných detektorů. Navzdory výzvám při fabrikaci, jako je zachování homogenních materiálových vlastností a dosažení vysokého rozlišení litografie na nanoměřítku, demonstrovaná zařízení představují důležitý krok směrem k výkonným a škálovatelným bolometrům na bázi grafenu. Tyto pokroky ukazují slibný potenciál pro aplikace sahající od citlivé detekce molekulárních magnetů až po sekvencování DNA s vysokým rozlišením a dále.
- ItemMikro a nanoroboti na bázi fotokatalytických materiálů pro environmentální a biomedicínské aplikace(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Peng, Xia; Pumera, Martin; Mayorga Burrezo, Paula; Escarpa Miguel, Alberto EscarpaMéně než 1 % z celkových světových zásob sladké vody na Zemi je snadno dostupných. Rostoucí industrializace, populační expanze a změny klimatických vzorců dále zhoršují nedostatek čisté vody. Stávající metody čištění a úpravy vody jsou jen částečně účinné při odstraňování většiny kontaminantů, přičemž často produkují toxické vedlejší produkty, které se dostávají do okolního prostředí. Tyto problémy lze řešit použitím samořízených kolektivních mikro- a nanoskopických umělých robotů, kteří představují slibnou a realizovatelnou alternativu ke zlepšení monitorování a čištěni vody. Tím překonávají limity difúzních reakcí a zvyšují interakce s konkrétními cílovými znečišťujícími látkami, včetně organických znečišťovatelů a nano-/mikroplastů. Tato práce se zabývala samořízenými mikroroboty pro řešení různých environmentálních problémů. Jednosložkové WO3 mikroroboty a Janus hematit/Pt mikroroboty byly postupně prokázány jako účinné při degradaci výbušných kontaminantů ve vodě díky zlepšenému pohonu a opakovatelnosti použití, aniž by produkovaly nebezpečné vedlejší produkty. Světlem řízené mikroboty na bázi ZnFe2O4 vykazovaly účinné ošetření biofilmů fotodegradací a fyzikální erozí. Mikro/nanoplasty se stávají vážným environmentálním problémem, který může ohrozit lidské zdraví. Mikroroboty na bázi řas byly funkčně upraveny pro efektivní odstranění mikro-/nanoplastů prostřednictvím elektrostatické interakce. Kolektivní chování mikrorobotů, které překonává individuální schopnosti, také hraje klíčovou roli při spolupráci na environmentální sanaci. Poprvé bylo dosaženo rojení kubických hematitových mikrorobotů do mikrořetězců díky mimoosé orientaci dipólového momentu. Tyto inteligentní mikrořetězce byly úspěšně použity k manipulaci s objekty v malém měřítku a k rozpadu polymerních řetězců. Ačkoliv byla provedena rozsáhlá šetření týkající se fotokatalytických mikrorobotů s bezdrátovým a kontrolovatelným pohybem indukovaným světlem, jejich potenciál v kontextu léčby rakoviny prostřednictvím fotodynamické terapie (PDT) je třeba dále studovat. Zvýšená přítomnost antioxidantů v mikroprostředí nádoru může snižovat hladinu reaktivních forem kyslíku (ROS), a tím omezovat účinnost terapeutických zásahů při léčbě rakoviny. V této souvislosti jsou zde navrženi dendriticky tvarovaní mikroroboti složení ze světlem řízeného hematitu s fototaxí jako efektivním prostředkem, kteří prokazují schopnost indukovat apoptózu buněk rakoviny prostaty, čímž významně zvyšují celkovou účinnost PDT. Kromě toho tyto hematitové mikroroboty umožňují všestrannou manipulaci své trajektorie podél předem definované dráhy prostřednictvím aplikace externího magnetického pole, což usnadňuje bezkontaktní transport mikroskopických buněk. Navržení dendriticky tvarovaní hematitoví mikroroboti tak otevírají cestu k rozvoji bimodálních mikrorobotů poháněných světlem a magnetickým polem, kteří mají značný potenciál pro aplikace v oblasti biomedicíny.
- ItemPříprava chitinových nanofibrily a jejich medicínské aplikace(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Radwan, Rasha Mahmoud Mohammed; Jančář, Josef; Lehocký, Marián; Kolbuk-Konieczny, DorotaTato práce se zabývá přípravou nanokrystalů chitinu s různým stupněm deacetylace a jejich použití jako nanoplnivo pro zvýšení funkčních vlastností hyaluronových a proteinových matric. Studie pokrývá přípravu filmů, hydrogelových membrány a 3D buněčných nosičů, s použitím chitinových nanokrystalů a komplexů chitosan-glukanových fibril jako plniv. Proces extrakce chitinových nanokrystalů z krunýřů krevet a fibrilových struktur na bázi chitinu z neživočišných zdrojů, jako je Aspergillus niger, byl optimalizován nalezením vlipu pH, reakční teploty a časum na stupeň deacetylace. Hyaluronové filmy obsahující chitinové nanokrystaly byly připraveny metodou samouspořádávání vyvolané odpařováním rozpouštědla, což vedlo k významnému zlepšení jejich chemicko-fyzikálních, mechanických a biologických vlastností. Kromě toho byla stejným postupem vytvořena supramolekulární nanokompozitní hydrogelová membrána složená z nanokrystalů kolagenu a chitinu, a byly vytvořeny vrstvené hydrogelové membrány (LHM). Tyto LHM prokázaly zlepšené mechanické vlastnosti, cytokompatibilitu a řízené uvolňování léčiva s použitím Octenidin dihydrochloridu (OCT) jako modelového léčiva. Kombinace nanokrystalů kolagenu a chitinu významně zvýšila modul pružnosti, pevnost a houževnatost ve srovnání s nativním kolagenem a zároveň zlepšila cytokompatibilitu a buněčnou adhezi. Tyto poznatky nabízejí cenné vodítko pro navrhování LHM pro lékařské aplikace, včetně řízeného uvolňování léčiv a regenerace tkání. 3D hybridní buněčné nosiče založené na kolagenu roubovaném fibrilami komplexu chitosanglukan (CO-g-CSGCF-HBS) byly připraveny za použití techniky lyofilizace. Modifikace kolagenu pomocí CSGCF významně zlepšila chemickofyzikální vlastnosti nosiče, hydrolytickou stabilitu a mechanickou pevnost. Studie in vitro ukázaly, že hybridní nosič zlepšilo životaschopnost mezenchymálních kmenových buněk (MSC) a vykazovalo vyšší míru antibakteriálního působení ve srovnání s kontrolními vzorky. Chemická modifikace kolagenu s různými poměry CSGCF významně zlepšila fyzikálně-chemické, bakteriocidní a adhezní vlastnosti nosiče, což apotvrzuje jeho potenciál pro terapeutické a biomedicínské aplikace, zejména při regeneraci kostí.
- ItemOvládání magnetické fázové přeměny v prostorově omezených strukturách(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Horký, Michal; Uhlíř, Vojtěch; Ranno, Laurent; Výborný, KarelMateriály, jejichž fyzikální vlastnosti se zásadně liší v důsledku mírné změny okolních podmínek, jsou perspektivními kandidáty pro aplikace v záznamových médiích, senzorech a také v medicíně. Tato práce se zaměřuje na slitinu FeRh, která vykazuje magnetickou fázovou přeměnu z antiferomagnetického (AF) do feromagnetického (FM) uspořádání spojeného se změnami v elektrickém odporu a krystalové struktuře. Důraz je kladen na prostorové omezení struktur FeRh o rozměrech menších než jeden mikrometr, kde se fázová přeměna stává asymetrickou. Mikrostruktury a nanostruktury FeRh byly připraveny pomocí nanolitografických technik z epitaxních vrstev FeRh vytvořených pomocí magnetronového naprašování. Magnetická fázová přeměna je analyzována pomocí vibrační magnetometrie, rentgenové difrakce, stejně tak měřením elektrického transportu a magnetickým zobrazováním pomocí mikroskopu magnetických sil. Poslední dvě zmíněné techniky ukazují narůstající asymetrii fázové přeměny, které je typická pro struktury FeRh o rozměrech menších než jeden mikrometr. Měření magnetorezistence poskytuje vhled do AF uspořádání objevujícího se u FeRh proužků v nízkoteplotní fázi. Studie prokázala schopnost řídit AF uspořádání FeRh pomocí vnějšího magnetického pole skrze výměnnou interakci vyskytující se mezi vrstvami AF a zbytkového FM. Dále jsou představeny dva metamagnetické hybridní systémy na bázi FeRh-MnRh – FeRh/MnRh supermřížky a ternární slitiny Fe50-xMnxRh50, ve kterých lze ladit teplotu fázové přeměny a šířku teplotní hystereze pomocí tlouštky vrstev a koncentrace Mn. Tento způsob ladění umožňuje specifickou hysterezi teploty, kterou lze implementovat do on/off přepínatelných spinových ventilů a zařízeni na bázi tunelové magnetorezistence.
- ItemFunkční mikrorobotické systémy(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Oral, Çaatay Mert; Pumera, Martin; Mayorga Burrezo, Paula; Shahsavan, HamedMalí roboti schopní pohybu, detekce a interakce mohou mít zásadní vliv na biomedicínské a environmentální aplikace. Aby však bylo možné úspěšně dokončit stanovené úkoly, vyžadují malí robotí funkční komponenty kompatibilní s provozními podmínkami. V této práci vyvíjíme různé chemicky a externě napájené mikroroboty s funkčními součástmi pro sanaci vody a cílené zobrazování. Nejprve zkoumáme vliv vlastností částic na pohon hybridních mikrorobotů poháněných chemicky/světlem—demonstrujeme řízení rychlosti na vyžádání pomocí vestavěné optické brzdy. Poté využíváme samohybné mikroroboty k odstraňování kontaminantů, jako jsou antibiotika a nitroaromatické sloučeniny, překonáním reakcí omezených difuzí. Výsledky ukazují, že schopnost mikrorobotů odstraňovat kontaminanty lze zvýšit pomocí zabudovaných funkčních komponent, například fotoaktivních materiálů a enzymů. Jako další typ procesu sanace vody studujeme kolektivní chování povrchově funkčních magnetických mikrorobotů k zachycování volně plovoucích bakterií a mikroplastů za působení vnějších magnetických polí. Poté, co tuto kapitolu uzavřeme diskusí o klíčových výzvách směřujících k využití mikrorobotů pro sanaci vody, představíme magneticky řízené systémy pro cílené zobrazovací aplikace. Ukazujeme, že konvenční kontrastní látka může být vybavena magnetickými vlastnostmi, které umožňují vnější kontrolu v různých scénářích. Pokusy na zvířatech ukazují na lokalizaci robotických kontrastních látek v gastrointestinálním traktu myší za účelem vizualizace jeho trojrozměrné struktury pomocí rentgenové mikropočítačové tomografie. Kromě toho vyvíjíme organické mikroroboty reagující na pH s magnetickou odezvou a vlastní multifluorescencí. Za fyziologicky relevantních podmínek tito mikroroboti vykazují jedinečnou schopnost přepínání fluorescence při různých hodnotách pH, což umožňuje sledování kyselosti žaludku v cílových místech. Tyto výsledky naznačují, že inteligentní zobrazovací prostředky lze upravit tak, aby umožňovaly nevázanou ovladatelnost s cílem rozšířit možnosti běžných diagnostických přístupů založených na zobrazování. Po diskusi o klíčových výzvách, které je třeba řešit před převedením mikrorobotů do klinické praxe, shrnujeme v poslední kapitole hlavní poznatky práce. Celkově funkční mikrorobotické systémy představené v této práci naznačují slibné vlastnosti pro aplikace v dynamických a komplexních scénářích jako aktivní systémy.
- «
- 1 (current)
- 2
- 3
- »