Doctoral Thesis

Patterning of excitable cells on multi-electrode arrays

Final Thesis 12 MB Appendix 607.83 kB Summary of Thesis 4.54 MB

Author of thesis: Ing. Jan Slavík, Ph.D.

Acad. year: 2020/2021

Supervisor: prof. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D.

Reviewers: doc. RNDr. Petr. Skládal, CSc., doc. PhDr. Ing. Jaroslav Průcha, CSc., Ph.D.

Abstract:

The work deals with the alignment of excitable cells on multielectrode arrays. First, the alignment of excitable cells was analyzed. Embryonic neurons from rat hippocampus and HL-1 cells, which are derived from the AT-1 line of tumor mouse atrial cardiomyocytes, were used. Alignment was tested on ridged surfaces and on surfaces with materials with different cellular affinities. It was demonstrated, that both neurons and HL-1 cells aligned in direction of ridges on ridges surface, but only neurons aligned on surface with different chemical affinity.  Further, own multielectrode arrays were made, the HL-1 cells were cultured on the multielectrode arrays, and the action potentials of the HL-1 cells were measured and analyzed. The aim was to prove that it is possible to measure the action potential on the fabricated multi-electrode arrays. A special multielectrode array with a uniform surface was made to align cells on a multielectrode array. This multielectrode array is called a planar multielectrode array. The planar multielectrode arrays were made by a special fabrication process. The layers of the planar multielectrode array were deposited on the sacrificial substrate in the reverse order. The sacrificial substrate for deposition was silicon wafer on which was deposited another sacrificial layer from gold. The upper insulating layer of planar multielectrode array was deposited first and the lowest substrate layer was deposited last. Then the planar multielectrode array with the sacrificial gold layer was peeled off from silicon due to the low adhesion of gold to silicon and planar multielectrode array turned upside down. The sacrificial gold layer was removed by a wet etchant and planar multielectrode array was finished. On a planar multielectrode array, the HL-1 cells were patterned into strips by a chemical method using a combination of microprinting of an adhesive agent and subsequent coating by an anti-adhesive agent of not microprinted areas. The electrophysiological properties of aligned HL-1 cells were measured using the planar multielectrode array. By this experiment, it was introduced fabrication technology for fabrication of planar multielectrode arrays and the planar multielectrode array was successfully tested for HL-1 cells alignment on its surface by combination of microprinting of an adhesive agent and anti-adhesive agent coating.

Keywords:

neurons, HL-1 cells, cells alignment, multielectrode array, microprinting, adhesive, anti-adhesive

Date of defence

20.05.2021

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Disertační práce Ing. Slavíka se zabývá výzkumem v oblasti buněčných biosenzorů, což je velmi atraktivní oblast ne jenom pro testování nových typů léčiv pomocí biočipů, ale dokonce pro vytváření modelů onemocnění „na čipu“ použitím přeprogramovaných a diferenciovaných buněk odvozených od konkrétního pacienta. Všechny vytyčené cíle se podařilo splnit. Byly vytvořeny originální MEA čipy a byla dosažena cílená orientace buněk na těchto čipech. Zásadní zjištění byla publikována ve dvou recenzovaných článcích. Zavedení optimalizované metodiky přípravy substrátu elektrodového pole, a rovněž tak realizace metody přípravy vestavěných mikroelektrod a její kritické srovnání s jinými elektrodovými systémy je významným příspěvkem k danému vědnímu oboru. Výsledky disertační práce mají i významný potenciál pro jejich komercializaci a tím i reálné uplatnění ve vědě i v klinické medicíně. V průběhu obhajoby student prokázal své tvůrčí schopnosti v dané oblasti výzkumu. Na dotazy oponentů a členů komise odpověděl uspokojivě a prokázal výborné znalosti zkoumaného oboru.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Advanced Materials and Nanosciences (STIPMNK)

Field of study

Advanced nanotechnologies and microtechnologies (PNTMT)

Composition of Committee

prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda)
doc. RNDr. Petr Skládal, CSc. (člen)
doc. PhDr. Ing. Jaroslav Průcha, CSc., Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (člen)

viz posudek v pdf.
File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 78,16 kB

Reviewer’s report
doc. RNDr. Petr. Skládal, CSc.

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 237,11 kB

Reviewer’s report
doc. PhDr. Ing. Jaroslav Průcha, CSc., Ph.D.

viz posudekv pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 1,56 MB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová