diplomová práce

Hardwarová a softwarová augmentace bioreaktorů pro kultivaci bakterií

Autor práce: Bc. Borys Aleksandrenko

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D.

Oponent: prof. Eric Daniel Glowacki, Ph.D.

Abstrakt:

Tato práce porovnává open-source bioreaktory Chi.Bio, Pioreactor a eVOLVER a rozvíjí rozšíření zaměřené na měření pH u prvních dvou platforem jako infrastrukturu pro systematickou exploraci kultivačních parametrů relevantních pro nemodelové mikroorganismy. Na Chi.Bio poskytl modul Atlas Scientific EZO pH s upraveným backendem v Pythonu a webovým rozhraním stabilní pH průběhy při kultivaci Escherichia coli CCM 3954. Na základě těchto zkušeností byl Pioreactor rozšířen o vlastní pluginy pro pH a rozpuštěný kyslík, desku Atlas Scientific I4 InterLink a recirkulační mikro-pH flow cell navržený tak, aby se omezilo přímé vkládání sondy do objemu kultury; teplotní řízení založené na MLX90632 dále vylepšilo 36hodinové kombinované monitorování během dávkové kultivace. Práce demonstruje praktickou integraci senzorů do open-source bioreaktorů a vytváří základ pro další senzorická rozšíření.

Klíčová slova:

open-source bioreaktor, Chi.Bio, Pioreactor, měření pH, mikrobiální kultivace, automatizovaná kultivace, monitorování bioprocesů, integrace senzorů, in situ měření

Termín obhajoby

15.06.2026

Práce bude zveřejněna

15.06.2027

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Doc. Lengerová se zeptala na slabinu řešení této práce. Ing. Chmelík se zeptal na použité pumpy a možnost jejich případného nahrazení. Ing. Smital požádal o rozvedení regulace teploty. Ing. Vítková se zeptala na problém s měřící elektrodou. Doc. Lengerová fungovalo by Vaše řešení u bakterií citlivých na kyslík? Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Biomedicínské inženýrství a bioinformatika (MPC-BTB)

Složení komise

doc. Mgr. Martina Lengerová, Ph.D. (předseda)
doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Helena Vítková, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Chmelík, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Smital, Ph.D. (člen)

Student Borys Aleksandrenko se ve své práci zabýval otevřenými modulárními automatizovanými platformami pro kultivaci mikroorganismů s praktickým zaměřením na platformy Chi.Bio a Pioreactor. Literární rešerše je podrobná, a kromě dvou zmíněných platforem, se kterými prakticky pracoval, pojednává i o dalších. Oceňuji, že již rešeršní část práce je doplněna o praktické analýzy, třeba o to, jak často se bioreaktory vyskytují ve vědeckých publikacích. V rámci praktické část pak rozšířil obě platformy, Chi.Bio i Pioreactor, o možnost měření pH a funkčnost navržených systémů ověřil na praktických experimentech s E. coli. Celá práce je na vynikající úrovni, výzkum byl vedený rigorózně a práce má víc než dostatečný rozsah. Po technické stránce je práce také na vynikající úrovni, je psaná anglicky, dobře se čte, obsahuje názorné ilustrace a obsahuje všechny důležité reference. Vytknout mohu pouze výskyt osamocených řádků, kvůli použití dělení slov někdy obsahující pouze část jednoho slova, případně řádky začínající odkazem na referenci. Realizační výstup práce je v publikační kvalitě, což je důvod, proč má práce odklad zveřejnění. V nejbližší době budou výsledky práce publikovány formou vědeckého článku v impaktovaném časopise. Aktivita studenta byla celkově vysoce nadprůměrná. Průběžné výsledky student již prezentoval na studentských konferencích Chemie je život a Student EEICT, kde získal velmi pozitivní ohlasy, včetně ocenění v podobě 2. místa na druhé ze zmíněných konferencí. Práci tedy hodnotím jako výbornou. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 99

Známka navržená vedoucím: A

DP Boryse Aleksandrenka se zabývá hardwarovou a softwarovou augmentací open-source bioreaktorů Chi.Bio a Pioreactor o měření pH a dalších parametrů. Práce je zpracována na velmi dobré úrovni: teoretická část poskytuje přehlednou rešerši kultivačních platforem i problematiky nemodelových mikroorganismů, praktická část dokládá reálné inženýrské schopnosti studenta v oblasti návrhu elektroniky, 3D tisku, embedded programování a vývoje softwarových pluginů. Výstupem jsou funkční, komunitně sdílené pluginy, což představuje hmatatelný přínos přesahující rámec samotné práce.

Zadání bylo v převážné míře splněno. U bodu 4 byla uzavřená regulační smyčka implementována na úrovni kódu, přičemž její experimentální ověření zůstává námětem pro navazující práci. U bodu 5 byl klíčový validační experiment na Pioreactoru zkomplikován nečekaným selháním měřicí elektrody, takže výsledky zůstávají na úrovni proof-of-concept; student tuto skutečnost v práci transparentně reflektuje a věcně diskutuje možnosti dalšího rozvoje.

Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení A. Otázky k obhajobě:
  1. Jaký je rozdíl mezi běžnou laboratorní pH elektrodou a mikro-pH elektrodou použitou ve flow cell?
  2. Jak byste řešil odvzdušnění a potlačení bublinek v budoucí verzi systému?
  3. Co je největší slabina práce?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 90

Známka navržená oponentem: A

Důvod odložení zveřejnění

Zveřejnění této práce je odloženo v souladu s ustanovením § 47b zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších předpisů.

Práce obsahuje výsledky, které budou předmětem publikace.

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová