Úvod do miniaturizovanej inštrumentálnej analýzy

Študent sa oboznámi so základnými informáciami o miniaturizovaných analytických systémoch, súčasným stavom teórie, metodológie, inštrumentácie a aplikácie konceptu laboratória na čipe („lab-on-a-chip“), ako aj s najnovšími trendmi v oblasti miniaturizácie analytických systémov. Pochopí teóriu prúdenia kvapalín v mikro- a makroškále, ako aj vzťah miniaturizovaných analytických systémov a zelenej analytickej chémie. Naučí sa klasifikovať jednotlivé neseparačné a separačné analytické techniky z hľadiska ich miniaturizácie. Po úspešnom ukončení procesu vzdelávania študent bude schopný diskutovať o teoretických aj praktických aspektoch miniaturizovaných analytických systémov a riešiť modelové situácie ich využitia v analýze environmentálnych a biologických vzoriek.

Stručná osnova predmetu

·       Úvod a definovanie základných pojmov: totálny analytický systém (TAS), mikroTAS, “Lab-on-a-chip“, miniaturizované analytické systémy z hľadiska všeobecnej schémy analytického postupu a integrácie jednotlivých krokov. Prenosné analytické systémy a ich miniaturizácia.

·       Základné aspekty miniaturizovaných analytických systémov. História, vývoj a súčasný stav.

·       Teoretické základy prúdenia kvapalín v mikro- a makroškále, Reynoldsovo číslo.

·       Separácia a transport látok v miniaturizovaných analytických systémoch.

·       Neseparačné miniaturizované analytické systémy: mikromixéry, mikroreaktory, miniaturizovaná prietoková injekčná analýza.

·       Unifikovaná a jednoduchá charakterizácia elektromigračných, chromatografických a elektrochromatografických metód a možnosti ich miniaturizácie.

·       Charakterizácia disperzných procesov v miniaturizovaných analytických systémoch.

·       Úvod do mikročipovej elektroforézy. Definovanie základných pojmov a transportných procesov.

·       Elektroseparačné metódy a ich vzťah s chromatografickými metódami. Elektroseparácie biopolymérov v polymérnych roztokoch a v géloch na mikročipoch. Izotachoforéza ako všeobecná analytická koncentračná technika v miniaturizovaných analytických systémoch. Miniaturizovaný systém pre izoelektrickú fokusáciu v separáciách biopolymérov.

·       Možnosti miniaturizácie chromatografických metód, najmä na báze kvapalinovej chromatografie.

·       Detekčné techniky používané v miniaturizovaných analytických systémoch. Spektrálne techniky (na báze absorpcie a fluorescencie svetla) na mikročipoch. Vodivostné a elektrochemické detektory. Hmotnostná spektrometria.

Aplikačné možnosti použitia miniaturizovaných analytických systémov v analýze environmentálnych a biologických vzoriek.

Hodnotenie predmetu

Maximálny počet 100 bodov

1. Prednáška, max. 60 bodov:
   
   • povinná záverečná písomná skúška zložená z dvoch častí (písomnej a ústnej).

2. Seminár, max. 40 bodov:
   
   • vypracovanie a obhájenie seminárnej práce, max. 10 bodov
   • záverečný test zo seminárov (koniec semestra), max. 30 bodov
   • aktivita,
   • neúčať na záverečnom teste seminára je študent povinný ohlásiť aspoň 1 deň dopredu (ak je to možné) resp. sa ospravedlniť najviac 5 pracovných dní po písomke (ak tomu nebránia zvláštne dôvody), inak stráca nárok na náhradný termín písania písomky,
   • záverečný test je vytvorený na základe otázok a príkladov.
     

Celkové hodnotenie predmetu

Odporúčaná literatúra

1.    J.P. Kutter: Separation Methods In Microanalytical Systems, CRC Press, 2005.

2.    A. Castro, A. Escarpa, B. Simonet: Miniaturization of Analytical Systems: Principles, Designs and Applications, John Wiley & Sons, 2009.

3.    C. Henry (Ed.), Microchip Capillary Electrophoresis. Methods and Protocols, Humana Press, Springer, 2006.

4.    A.V. Schepdael (Ed.), Microchip Capillary Electrophoresis Protocols. Methods in Molecular Biology, Humana Press, Science+Business Media, New York, 2015.

5. Aktuálna monografická a časopisecká literatúra a informačné zdroje internetu. Pôvodné a prehľadové články z odborných časopisov.