Zkušenosti s řešením projektu v rámci programu IDEAS Doc. Ing. František Štěpánek, PhD Laboratoř chemické robotiky Ústav chemického inženýrství Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

Charakteristika projektu  Evropská výzkumná rada (ERC)  Schéma “Starting Independent Researcher Grant”  1 individuální řešitel a jeho tým na hostitelské instituci (VŠCHT Praha)  Doba trvání 5 let (2008 – 2013)  Rozpočet €1.64m

Přínos ERC projektu Z pohledu systému podpory výzkumu: ERC projekty jsou v současnosti považovány za “benchmark” kvality hostitelských univerzit (Cambridge, Oxford, Imperial…) a států (UK, NL, DE…) Z pohledu individuálního výzkumníka:  Možnost soustředit se na dlouhodobější výzkumné cíle  Stabilní zdroj pro rozvoj výzkumné skupiny  Nízká administrativní zátěž ze strany poskytovatele  Nové příležitosti / vědecké kontakty / směry

Motivace: Aplikace účinné látky do organismu 1. Rozpouštění do krevní plazmy 2. Účinné látce je vystaven celý organismus 3. Účinná látka často v nadbytku, ale lokální koncentrace nízká Čas, h Koncentrace v plazmě, mg/l MTC MEC !

 Koloidní částice s vnitřní strukturou inspirovanou buňkou  Schopnost nést a cíleně vylučovat obsah “na požádání”  Schopnost in-situ produkce účinné látky  Bez schopnosti samo-replikace  Biologicky odbouratelný (nezanechá rezidua) 1. Vnější schránka 2. Regulace rychlosti difuse 3. Vnitřní rezervoáry 4. Chemická reakce na požádání 5. Povrch pro specifickou adhezi 6. Možnost dálkového ovládání Cíl projektu: Návrh chemických mikro-robotů 6

Realizace chem. robotů 6. Magnetické nanočástice pro RF ohřev 1.Povrch: SiO 2 (sol-gel nebo LbL self-assembly metoda) 2.Mezoporézní struktura ⇒ rychlost difuse 5. Kovalentně vázaná protilátka 3. Lipozomy (vratná skoková změna propustnosti) 4. Hydrogel s imobilizovaným enzymem

Vratná změna propustnosti vnitřních rezervoárů Využití k teplotně řízenímu vyloučení obsahu radiofrekvenční ohřev ∆T

Radiofrekvenční ohřev magnetických nanočástic PowerCube 32/400 (CEIA s.a.) 400 kHz, 2.5 kW SAR = 215 W/g Čas [s] Koncentrace [mg/l] Rychlost ohřevu [K/s] Teplotní vzrůst [K]

“Těla” chemických robotů - gelové mikročástice Drop-on-Demand inkjet tisková hlava (MicroFab Inc.) Powder Technol. 200 (2010)

Hydrato- vaný stav Suchý stav Příprava povrchu těl chemických robotů Pokrytí tenkou vrstvou SiO 2 pomocí sol-gel nebo LbL metod Vrstva je homogenní a flexibilní, umožňuje regulovat adhezi J. Coll. Interf. Sci. 357, (2011)

Cílená adheze k povrchu buněk -Membránový protein CA IX (specifický pro nádorové buňky) -Protilátka M75 (fragment) -Test specifické adheze CA IX M75

Studium “kolektivního chování” chemických robotů: Adheze k povrchu v proudící tekutině Síla na částici: F d = 6   R u V. Tokárová et al., Soft Matter 8, (2012) 1 s15 s 20 s40 s Laminární cela

Shrnutí 1) Vyvinuta technologie přípravy chemických robotů s hierarchickou vnitřní strukturou analogickou buňkám 2) Schopnost řídit lokální reakčně-difusní děje “na dálkové ovládání” pomocí RF pole 3) Schopnost biologicky specifické adheze a kolektivního chování

Navazující práce 1) Od in vitro testů do in vivo studií interakce s živou hmotou - přístroj pro MRI - 3D zobrazování - “theragnostics” 2) Hybridní systémy: chemické roboty + mechatronika - nový FP7 projekt “Micreagents” ( ) 3) Aktivní pohyb (chemotaxe) a signalizace 4) Aplikace ve spolupráci s průmyslovými partnery

Konvergence chemických a mechatronických systémů  Distribuovaná vs. centralizovaná produkce molekul  Personalised medicine

Děkuji za pozornost