Radio-frequency characterization of microtubules using micro- and nanosensors
Project goals
This project is aimed at the electromagnetic characterization of physically extremely intriguing and biologically omnipresent nanostructures - microtubules - in the frequency range of 0.01 – 50 GHz. Electromagnetically active vibration modes of microtubule will be identified based on the orthotropic elastic shell model combined with optimized coarse-grained atomic model of a microtubule. A theory of the electromagnetic field coupling to a microtubule will be developed and will include contribution of internal dipole moment and counterion hydration shell of microtubule. Dedicated planar radiofrequency micro- and nanopatterned sensors will be designed, optimized in simulations and fabricated using electron lithography. Sensors will be used for dielectric spectroscopy and microwave absorption spectroscopy in liquid phase which will be carried out on tubulin and microtubule samples. Using these experimental techniques, electromagnetically active microtubule modes will be identified. Additionally, effective complex permittivity of tubulin and microtubules will be extracted from the data.
Keywords
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 19 (SGA0201500001)
Main participants
Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i.
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
15-17102S
Alternative language
Project name in Czech
Radiofrekvenční charakterizace mikrotubulů pomocí mikro- a nanosenzorů
Annotation in Czech
Tento projekt je zaměřen na elektromagnetickou charakterizaci fyzikálně mimořádně zajímavých a zároveň biologicky všudypřítomných nanostruktur – mikrotubulů – ve frekvenčním pásmu 0.01 – 50 GHz. Nejprve budou identifikovány elektromagneticky aktivní vibrační módy mikrotubulu na základě teoretického modelu elastické ortotropní skořepiny kombinovaného s hrubozrnným modelem z atomárního modelu mikrotubulu. Bude sestavena teorie vazby elektromagnetického pole s vibračními módy mikrotubulu s příspěvkem jak vnitřního dipólového momentu, tak i iontové obálky mikrotubulu. Budou navrženy, simulacemi optimalizovány a pomocí elektronové litografie realizovány dedikované planární radiofrekvenční mikro- a nanostrukturované senzory pro dielektrickou a absorpční spektroskopii tubulinu a mikrotubulů v kapalné fázi. Použitím těchto technik budou identifikovány elektromagneticky aktivní módy mikrotubulu. Dále bude ze změřených dat extrahována efektivní komplexní permitivita tubulinu a mikrotubulů.
Scientific branches
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
The project was focused on the issue of electromagnetic characterization of microtubules. The low-volume sensors were developed that enable dielectric analysis of biological samples. The outputs of the project were published in 7 journal papers, whereas other manuscripts are being reviewed and are expected to be published during the year 2018.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2015
Realization period - end
Dec 31, 2017
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Apr 5, 2017
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP18-GA0-GA-U/02:1
Data delivery date
May 4, 2018
Finance
Total approved costs
4,921 thou. CZK
Public financial support
4,921 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Recognised costs
4 921 CZK thou.
Public support
4 921 CZK thou.
0%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
JA - Electronics and optoelectronics
Solution period
01. 01. 2015 - 31. 12. 2017