Funkční mikrorobotické systémy

Simple item page
but.committeeprof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda) prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (místopředseda) Dr. Hamed Shahsavan (člen) Dr. Maria Guix Noguera (člen) Fatma Merve Yurtsever, Ph.D. (člen)cs
but.defenceDisertační práce pana Orala se zaměřuje na funkční mikrorobotické systémy. V práci byly vyvinuty chemicky a externě napájené mikroroboty pro sanaci vody a cílené zobrazování. Nejprve byl zkoumán vliv vlastností částic na pohon hybridních mikrorobotů poháněných chemicky a světlem, včetně řízení rychlosti pomocí optické brzdy. Následně byly mikroroboty využity k odstraňování kontaminantů, jako jsou antibiotika a nitroaromatické sloučeniny, překonávající difuzní omezení. Výsledky ukazují, že schopnost odstraňování kontaminantů se zvyšuje pomocí funkčních komponent, jako jsou fotoaktivní materiály a enzymy. Další část práce se zaměřuje na kolektivní chování magnetických mikrorobotů k zachycování bakterií a mikroplastů pomocí vnějších magnetických polí. Nakonec jsou představeny magneticky řízené systémy pro cílené zobrazování. Cíle práce byly splněny. Výsledky byly publikovány v prestižních vědeckých časopisech v posledních letech, což je důkazem aktuálnosti disertační práce. V průběhu obhajoby pan Oral prokázal výborné znalosti ve zkoumané oblasti a na dotazy komise odpovědel výborně.cs
but.jazykangličtina (English)
but.programPokročilé materiály a nanovědycs
but.resultpráce byla úspěšně obhájenacs
dc.contributor.advisorPumera, Martinen
dc.contributor.authorOral, Çaatay Merten
dc.contributor.refereeMayorga Burrezo, Paulaen
dc.contributor.refereeShahsavan, Hameden
dc.date.accessioned2025-03-27T10:49:28Z
dc.date.available2025-03-27T10:49:28Z
dc.date.created2025cs
dc.description.abstractMalí 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.en
dc.description.abstractSmall-scale robots capable of locomotion, sensing, and interaction can have a profound impact on biomedical and environmental applications. Nevertheless, to enable the successful completion of defined tasks, small-scale robots require functional components compatible with the operating conditions. In this thesis, we develop a variety of chemically and externally powered microrobots having functional components for water remediation and targeted imaging. We initially investigate the effect of particle properties on the propulsion of chemical/light-driven hybrid microrobots—demonstrating on-demand speed control by a built-in optical brake. Then, we utilize self-propelled microrobots to remove contaminants, i.e., antibiotics and nitroaromatic compounds, by overcoming diffusion-limited reactions. The results indicate that the microrobots’ removal capacity for target contaminants can be enhanced by the embedded functional components, e.g., photoactive materials and enzymes. As another type of water remediation process, we study the collective behavior of surface-functionalized magnetic microrobots to capture free-swimming bacteria and microplastics under the influence of external magnetic fields. After concluding this chapter with a discussion on key challenges regarding the utilization of microrobots for water remediation, we introduce magnetically controlled systems for targeted imaging applications. We demonstrate that a conventional contrast agent can be equipped with magnetic properties to enable external controllability under different scenarios. Animal experiments indicate the localization of the robotic contrast agents in the gastrointestinal tract of mice to visualize the three-dimensional structure via X-ray micro-computed tomography. Moreover, we develop pH-responsive organic microrobots with magnetic response and intrinsic multi-fluorescence. Under physiologically relevant conditions, these microrobots exhibit a unique fluorescence switching behavior at different pH values to enable the monitoring of gastric acidity at target locations. These results indicate that smart imaging agents can allow untethered controllability with the aim of enhancing the capabilities of conventional imaging-based diagnosis approaches. After discussing key challenges that require interest before the translation of microrobots to the clinic, we summarize the main findings of the thesis in the last chapter. Overall, the functional microrobots presented in this thesis indicate promising features for applications in dynamic and complex scenarios as active systems.cs
dc.description.markPcs
dc.identifier.citationORAL, Ç. Funkční mikrorobotické systémy [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2025.cs
dc.identifier.other165151cs
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11012/250625
dc.language.isoencs
dc.publisherVysoké učení technické v Brně. CEITEC VUTcs
dc.rightsStandardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezenícs
dc.subjectMikromotoryen
dc.subjectmagnetický pohonen
dc.subjectfotokatalýzaen
dc.subjectlékařské zobrazováníen
dc.subjectsanace vodyen
dc.subjectMicromotorscs
dc.subjectmagnetic actuationcs
dc.subjectphotocatalysiscs
dc.subjectmedical imagingcs
dc.subjectwater remediationcs
dc.titleFunkční mikrorobotické systémyen
dc.title.alternativeFunctional microrobotic systemscs
dc.typeTextcs
dc.type.driverdoctoralThesisen
dc.type.evskpdizertační prácecs
dcterms.dateAccepted2025-02-04cs
dcterms.modified2025-02-19-10:16:41cs
eprints.affiliatedInstitution.facultyCEITEC VUTcs
sync.item.dbid165151en
sync.item.dbtypeZPen
sync.item.insts2025.03.27 11:49:28en
sync.item.modts2025.02.21 05:31:47en
thesis.disciplinebez specializacecs
thesis.grantorVysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. Středoevropský technologický institut VUTcs
thesis.levelDoktorskýcs
thesis.namePh.D.cs
Files
Original bundle
Now showing 1 - 5 of 5
Thumbnail Image
Name:
final-thesis.pdf
Size:
11.24 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file final-thesis.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Vedouci prace-Supervisor_report_MP_Oral_nosignatures.pdf
Size:
156.09 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Vedouci prace-Supervisor_report_MP_Oral_nosignatures.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-Review_Report_Mayorga_Burrezo_nosignature.pdf
Size:
169.53 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-Review_Report_Mayorga_Burrezo_nosignature.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-Review_Report_Dr. Hamed Shahsavan_nosignature.pdf
Size:
155.81 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-Review_Report_Dr. Hamed Shahsavan_nosignature.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
review_165151.html
Size:
1.22 KB
Format:
Hypertext Markup Language
Description:
file review_165151.html
Download
Collections
2025