Mikro a nanoroboti na bázi fotokatalytických materiálů pro environmentální a biomedicínské aplikace

Simple item page
but.committeeprof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda) prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda) Prof. Dr. Alberto Escarpa Escarpa Miguel (člen) Fatma Merve Yurtsever, Ph.D. (člen) Dr. Kalyan Ghosh (člen)cs
but.defenceDisertační práce studentky Peng se zabývala samořízenými mikroroboty pro řešení různých environmentálních problémů. Cílem disertační práce bylo vyvinout sadu metod založených na mikromotorech pro odbourávání škodlivin v životním prostředí. Téma je velmi aktuální a jeho význam souvisí se současnými otázkami udržitelnosti, které mají jak vědecký, tak společenský dopad. Široké spektrum mikromotorů je navrženo pro odstranění výbušnin, mikroplastů a bakteriálních biofilmů – tedy látek, jejichž eliminace je klíčová pro zajištění bezpečné vody a ochranu zdraví společnosti a světové populace. Druhá část práce se zaměřuje na využití mikromotorů v léčbě rakoviny, konkrétně na studium jejich pohybu v nádorovém prostředí. Tato oblast výzkumu má značný společenský i biomedicínský význam. Všechny stanovené cíle byly úspěšně splněny. Výsledky disertační práce jsou mimořádné, o čemž svědčí publikace osmi článků v impaktovaných recenzovaných časopisech a prezentace na několika konferencích. V průběhu disertace studentka reagovala na dotazy komise i obou oponentů výborně a prokázala schopnost hluboké vědomosti ve zkoumané problematice a schopnost samostatně vědecky pracovat.cs
but.jazykangličtina (English)
but.programPokročilé materiály a nanovědycs
but.resultpráce byla úspěšně obhájenacs
dc.contributor.advisorPumera, Martinen
dc.contributor.authorPeng, Xiaen
dc.contributor.refereeMayorga Burrezo, Paulaen
dc.contributor.refereeEscarpa Miguel, Alberto Escarpaen
dc.date.accessioned2025-04-11T03:56:59Z
dc.date.available2025-04-11T03:56:59Z
dc.date.created2024cs
dc.description.abstractMéně 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.en
dc.description.abstractA mere fraction below 1% of the total global freshwater reservoirs of the Earth is readily attainable. The escalating processes of industrialization, population expansion, and shifts in climate patterns are further exacerbating the clean water shortage. The existing methodologies for water purification and rectification exhibit partial efficacy in eliminating a majority of contaminants, often yielding toxic byproducts that are introduced into the surrounding environment. These issues are addressed by the employment of self-propelled, collective micro- and nanoscale artificial robots, presenting a promising and feasible alternative path to improve water monitoring and remediation by overcoming diffusion-limited reactions and enhancing the interactions with specific target pollutants, encompassing objects such as organic pollutants, biofilms and nano/microplastics. The thesis explored self-propelled microrobots to address different environmental issues. Single-component WO3 microrobots and Janus hematite/Pt microrobots were successively demonstrated that they are capable of effective degradation of explosive contaminants in water with enhanced propulsion and reusability without producing hazard by-products. Light-driven ZnFe2O4-based microrobots exhibited effective treatment of biofilms by photodegradation and physical erosion. Additionally, micro/nanoplastics have been emerging as a sever environmental issue that may propose threat to human health. Algae-based microrobots have been functionalized for efficient micro/nanoplastics removal via electrostatic interaction. Collective behavior of microrobots that surpass individual capabilities also plays a crucial role in cooperative endeavors for environmental remediation. Cubic hematite microrobots swarming into microchains is achieved for the first time due to off-axis orientation of the dipole moment. These intelligent microchains are successfully applied for object manipulation at small scales and breaking polymer chains. Although extensive investigations have been conducted on photocatalytic microrobots possessing light-induced wireless and controllable motion, their potential in the context of cancer treatment via photodynamic therapy (PDT) needs to be further studied. The heightened presence of antioxidants within the tumor microenvironment can exert a down-regulatory influence on the levels of reactive oxygen species (ROS), thereby impeding the efficacy of cancer therapeutic interventions. In this regard, dendrite-shaped microrobots composed of light-responsive hematite with phototaxis as a proficient agent are proposed here and demonstrated a capacity to induce apoptosis of prostate cancer cells, thus markedly amplifying the overall efficacy of PDT. Moreover, these hematite microrobots exhibit a versatile manipulation of their trajectory along a pre-defined path via the exertion of an external magnetic field, facilitating the contactless transport of micro-scale cells. The conceptualized dendrite-shaped hematite microrobots thus pave the way for the advancement of bimodal light and magnetic field-propelled microrobots, holding substantial promise for applications within the domain of biomedicine.cs
dc.description.markPcs
dc.identifier.citationPENG, X. Mikro a nanoroboti na bázi fotokatalytických materiálů pro environmentální a biomedicínské aplikace [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2024.cs
dc.identifier.other168857cs
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11012/250879
dc.language.isoencs
dc.publisherVysoké učení technické v Brně. CEITEC VUTcs
dc.rightsStandardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezenícs
dc.subjectMikrorobotien
dc.subjectmikromotoryen
dc.subjectfotokatalýzaen
dc.subjectsamořízeníen
dc.subjectWO3en
dc.subjecthematiten
dc.subjectJanus strukturaen
dc.subjectkolektivní chováníen
dc.subjectfototaxeen
dc.subjectenvironmentální sanaceen
dc.subjectmanipulace s objektyen
dc.subjectléčba rakoviny.en
dc.subjectMicrorobotscs
dc.subjectmicromotorscs
dc.subjectphotocatalysiscs
dc.subjectself-propulsioncs
dc.subjectWO3cs
dc.subjecthematitecs
dc.subjectJanus structurecs
dc.subjectcollective behaviorcs
dc.subjectphototaxiscs
dc.subjectenvironmental remediationcs
dc.subjectobject manipulationcs
dc.subjectcancer therapy.cs
dc.titleMikro a nanoroboti na bázi fotokatalytických materiálů pro environmentální a biomedicínské aplikaceen
dc.title.alternativeMicro and nanorobots based on photocatalytic materials for environmental and biomedical applicationscs
dc.typeTextcs
dc.type.driverdoctoralThesisen
dc.type.evskpdizertační prácecs
dcterms.modified2025-04-10-15:09:03cs
eprints.affiliatedInstitution.facultyCEITEC VUTcs
sync.item.dbid168857en
sync.item.dbtypeZPen
sync.item.insts2025.04.11 05:56:58en
sync.item.modts2025.04.11 05:32:30en
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:
27.67 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file final-thesis.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Vedouci prace-202504Xia Supervisor_report_MP.pdf
Size:
153.34 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Vedouci prace-202504Xia Supervisor_report_MP.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-Review_Report_Mayorga_Burrezo_notsigned.pdf
Size:
282.84 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-Review_Report_Mayorga_Burrezo_notsigned.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-Review_Report_Prof_Escarpa_notsigned.pdf
Size:
95.01 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-Review_Report_Prof_Escarpa_notsigned.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
review_168857.html
Size:
1.33 KB
Format:
Hypertext Markup Language
Description:
file review_168857.html
Download
Collections
2024