Mikrorendszerek Laboratórium
Mikrorendszerek Laboratórium
Laborvezető: Dr. Fürjes Péter furjes@mfa.kfki.hu, 392-2222/3887 furjes @ mfa.kfki.hu)
Weboldal: www.biomems.hu, www.mems.hu
A Stratégiai Kutatási Infrastruktúra hozzáférési szabályzata
A Mikrorendszerek Laboratóriumban folyó kutatások célja szilícium mikro- és nanotechnológiai eljárásokkal megvalósítható szenzor-rendszerek fejlesztése, ami magában foglalja a szenzorelvek, a technológiai lehetőségek és anyagrendszerek kutatását és fejlesztését. Laboratóriumunk infrastruktúráját tekintve egyedülálló hazai viszonylatban, az összetett technológiai sor fenntartása mellett erőfeszítéseket teszünk a hiányzó technológiai lépések eszközeinek (pl. PECVD, Cl alapú DRIE) beszerzésére is. Ipari partnerekkel együttműködve veszünk részt orvostechnikai és környezet analitikai kutatási / fejlesztési projektekben, ami lehetővé teszi a magasabb technológiai készültségi szintek elérését is (TRL2 → TRL6). Az eredmények közvetlenül bekerülnek a felsőfokú oktatásba, előadásokon, TDK, diploma és PhD munkákon keresztül.
A gyógyászat, a farmakológia és az elektronika határterületén fejlődő innovatív technológiák hatalmas előrelépést jelentenek az ipar és a társadalom számára is a jobb, hatékonyabb és megfizethetőbb egészségügy irányába. A mikro- és nanoelektromechanikai (MEMS, NEMS) rendszerek alkalmazása lehetővé teszi az analitikai rendszerek miniatürizálását, illetve különböző érzékelési, kiolvasási, beavatkozási, illetve mintapreparációs funkciók integrálását is. Laboratóriumunk ezekre a területekre fókuszál:
- Lab-on-a-Chip (LoC), mikrofluidika és Point-of-Care (betegágy melletti) diagnosztikai eszközök fejlesztése:
- A 77 Elektronika Kft.-vel együttműködve szív- és érrendszeri megbetegedések vér markereinek nagy pontosságú kimatatását lehetővé tevő autonóm mikrofluidika alapú platformot fejlesztünk. 2022-ben a mikrofluidikai layout egyes célmolekulákra történő optimalizálása a legfontosabb feladat. A polimer kazetta gyártástervezése is elkezdődött (Z-Microsystems GmbH), remélhetőleg 2022-ben eljuthatunk a validációs fázisba.
- A 2021-ben befejeződött RUBA projekt folytatásaként szintén a 77 Elektronika Kft.-vel közösen képfeldolgozó algoritmuson alapuló sejtvizsgálati platform fejlesztésében veszünk részt. A laboratórium a mikrofluidikai küvetta tervezését és gyártását végzi.
- A „Humán Reprodukciós Nemzeti Laboratórium” kutatási tevékenységébe bekapcsolódva extracelluláris vezikulák célzott csapdázását, és DNS tartalmuk feltárását segítő speciális mikrofluidikai megoldás fejlesztésével foglalkozunk.
- Digitális mikrofluidikai rendszert fejlesztünk sejtvizsgálati célokra, amely a későbbiekben optikai számlálási – esetleg citometriai – funkcióval is kiegészíthető. Vizsgáljuk a mikro- és nanofluidikai szerkezetekben lejátszódó transzportfolyamatokat.
- Organ-on-Chip eszközök fejlesztése mesterséges sejtpopulációk kontrolált fenntartására, amivel betegségmechanizmusok vizsgálatát, a gyógyszeripari hatóanyagok fejlesztését és (akár személyre szabott) tesztelését célzó in-vivo feladatok végrehajtása lehetséges.
- PhD téma keretében olyan alkalmazás-specifikus mikrofluidikai rendszer fejlesztését végezzük, amely alkalmas sejtpopuláció lokalizált fenntartására és kémiai hatóanyaggal történő kezelésére, valamint élettani viselkedésük folyamatos monitorozására. Távlati célunk baktériumok antibiotikum rezisztencia vizsgálatainak felgyorsítása.
- PhD téma keretében – az ELKH TTK kutatóközpont és az Óbudai Egyetem kutatóival együttműködve – vizsgáljuk kemoterápiás hatóanyagok betegágy melletti kimutatásának lehetőségeit, személyre szabott, tervezett gyógyszerterápia támogatását célozva.
- MEMS, BioMEMS; Si alapú érzékelő eszközök fejlesztése, elektro-mechanikai integrációja speciális orvosi feladatokra:
- Korábbi eredményeinket (FP7 INCITE, H2020 POSITION-II projektek) felhasználva specifikus (miniatűr) erőmérő eszközöket fejlesztünk és integrálunk orvostechnikai eszközökbe („okos laparoszkóp és sebészeti robot, katéter), segítve a digitális átalakulást a gyógyászati technológiákban is – nemzetközi partnerekkel (Philips Research, Osypka, FRK) együttműködve. Az Uzsoki Utcai Kórház Sebészeti-onkosebészeti ambulanciájával közösen szövetmechanikai vizsgálatokra alkalmas mérőműszert fejlesztünk.
- Laborunkban fejlesztett technológiákon alapuló elektrofiziológiás elektróda rendszerek (multimodális Si optród, illetve polimer alapú agyfelszíni szerkezetek) kialakításával támogatjuk a hazai idegtudományi kutatásokat.
- Specifikus mechanikai és kémiai érzékelő funkciókat integráló „okos” sebkötöző rendszerek kialakítását célozva fejlesztünk flexibilis polimer alapú erőmérő, illetve miniatürizált elektrokémiai pH érzékelő szerkezeteket.
- Optikai (Raman, közeli infravörös és fluoreszcens) spektroszkópia, kalorimetrikus érzékelők molekulák koncentrációjának kimutatására:
- A Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatóival együttműködve hierarchikus nanostruktúrákon lejátszódó felületerősített Raman-spektroszkópia (SERS) alapú bioérzékelési elv fejlesztésén dolgozunk orvosdiagnosztikai megoldásokhoz.
- A meglévő infravörös LED fejlesztésen és gyártáson túlmutató, spektroszkópiai alkalmazásokat célzó kutatásunk (H2020 Moore4Medical projekt) wellplate-be integrálható optikai mérőműszer fejlesztését célozza, amely alkalmazásával követhető az kísérleti körülmények között fenntartott szövetek metabolizmusa, egyszerűsíthetők az élelmiszeripari és környezetvédelmi elemzések (Philips Research, PhotonicInsight GmbH, Fraunhofer GmbH).
- A fejlesztett mikroméretű, hőmérsékletstabilizált fűtőtest technológián alapuló nagy érzékenységű gázdetektálására alkalmas eszközök integrációs és gyártás-előkészítési szakaszba értek. 2022 folyamán befejezzük nanoszemcsés katalizátorokkal készített eszközök hosszú távú élettartam-vizsgálatait és véglegesítjük a Pt, illetve a kristályos Si fűtőszálas eszközök teljes gyártástechnológiáját. Célunk egy olyan olcsó eszköz kifejlesztése, amelyik a metán ppm szintű érzékelésére alkalmas.
A tervezett alkalmazások kis darabszámú, nagy hozzáadott értékkel rendelkező eszközök fejlesztését igénylik, a vázolt stratégia illeszkedik mind az európai, mind a hazai Nemzeti Intelligens Szakosodási Stratégia (S3 – National Smart Specialisation Strategy) irányelveibe.
Az utóbbi 5 év 10 legfontosabb publikációi:
- Bíró Ferenc, Deák András, Dücső Csaba, Hajnal Zoltán, Egyenletes felületi hőmérsékletet biztosító mikro-fűtőtest, használati mintaoltalom, ügyszám: U2000150, 2020, Magyarország
- Rigó, M. Veres, Zs. Pápa, L. Himics, R. Öcsi, O.Hakkel, P.Fürjes, Plasmonic enhancement in gold coated inverse pyramid substrates with entrapped gold nanoparticles, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 253 107128, 2020 (IF: 3.047)
- Radó J., Dücső Cs., Szebényi G., Z. Nawrat, Fürjes P., Erővisszajelzés és mesterséges tapintás a Minimálisan Invazív Sebészetben – okos laparoszkópok és sebészeti robotok, Fizikia Szemle 2020/4 134-140, 2020
- Rigó, M. Veres, T. Váczi, E. Holczer, O. Hakkel, A. Deák, P. Fürjes, Preparation and Characterization of Perforated SERS Active Array for Particle Trapping and Sensitive Molecular Analysis, BIOSENSORS 9:3 Paper:93, 9p., 2019 (IF: 3.57)
- Radó, Cs. Dücső, P. Földesy, G. Szebényi, Z. Nawrat, K. Rohr, P. Fürjes, 3D force sensors for laparoscopic surgery tool, Microsystem Technologies vol 24 1, pp 519–525, 2017 (IF: 0.98)
- Holczer, P. Fürjes, Effects of embedded surfactants on the surface properties of PDMS; applicability for autonomous microfluidic systems, Microfluidics and Nanofluidics 21: 81, 2017 (IF: 2.537)
- É. Sautner, K. Papp, E. Holczer, E. L. Tóth, R. Ungai-Salánki, B. Szabó, P. Fürjes, J. Prechl, Detection of red blood cell surface antigens by probe-triggered cell collision and flow retardation in an autonomous microfluidic system, Scientific Reports 7, Article number: 1008, 2017 (IF: 5.525)
- Papp, E. Holczer, Cs. Kecse-Nagy, Z. Szittner, V. Lóránd, P. Rovero, J. Prechl, P. Fürjes, Multiplex determination of antigen specific antibodies with cell binding capability in a self-driven microfluidic system, Sensors and Actuators B 238 pp 1092-1097, 2017 (IF: 4.758)
- Nawrat, Ł. Mucha, K. Rohr, K. Lis, K. Lehrich, D. Krawczyk, P. Földesy, J. Radó, Cs. Dücső, H. Sántha, G. Szebényi, P. Fürjes, Robin Heart INCITE – application of haptic feedback to surgical telemanipulator, Medical Robotics Reports, vol 5, pp 36-44, 2016
- Szabó , A. Borbíró , P. Fürjes, Lab-on-a-chip rendszerek a betegágy melletti diagnosztikában, Orvosi Hetilap 156, 52, pp. 2096-2102, 2015 (IF: 0,291)