Optická mikromanipulace a Ramanova spektroskopie buněk v mikrofluidních systémech

Abstract

Diplomová práce se zabývá optimalizací procesu měření a analýzou změn indukovaných antibiotiky v buňkách bakterií E.coli prostřednictvím Ramanovy mikrospektroskopie kombinované s optickou mikromanipulací (tzv. Ramanova pinzeta) v mikrofluidních systémech. Ramanova spektroskopie umožňuje nedestruktivní a rychlou analýzu chemických vazeb ve vzorku laserovým svazkem. Optická mikromanipulace dovoluje pomocí zaostřeného laserového paprsku bezkontaktně a neinvazivně manipulovat objekty o rozměrech řádově 10^-5–10^-8 m, například bakteriemi. Mikrofluidní systém složený z kanálků a komůrek v průhledném polymeru slouží k izolaci, pozorování a kultivaci bakterií v definovaném prostředí. Kombinace těchto metod poskytuje efektivní nástroj k pozorování, manipulaci a analýze mikroorganismů. Bakterie E. coli je mikroorganismus příležitostně patogenní pro člověka a rychlejší detekce její odezvy na antibiotika by usnadnila včasnou léčbu vhodnými přípravky. V popsaných experimentech byla měřena spektra čistých bakteriálních kultur a buněk ovlivněných antibiotiky s použitím optické pinzety i konvenční Ramanovou spektroskopií. Získaná spektra a jejich charakteristické znaky byla porovnána s literaturou a bylo ověřeno, jak široce lze tuto metodu aplikovat a zda je měření spolehlivé a opakovatelné.This diploma thesis deals with optimization of analysis process and measuring antibiotics induced changes in E. coli cells via Raman spectroscopy, LTRS and microfluidic systems. Optical micromanipulation by a laser beam allows noncontact and noninvasive manipulation of objects on scale 10^-5–10^-8 m, for example bacterial cells. Microfluidic device consists of microchannels and microchambers in transparent polymer and it is used for isolation, observation and cultivation of bacterial cells. Combination of these methods gives an effective tool for observation, manipulation and analysis of microorganisms. E. coli is a microorganism potentially pathogenic for humans and faster detection of its sensitivity to antibiotic treatment would make the whole process of diagnostics and treatment easier. We performed laser tweezer-Raman spectroscopy and conventional Raman spectroscopy of bacterial cells and cells under antibiotic stress and collected Raman spectra and characteristic areas were compared with literature to establish the reliability and usefulness of this method.