Ανάπτυξη και μελέτη διαδικασιών βιολειτουργικοποίησης για ανίχνευση γλυκόζης
Creators: name: Μπατσή, Αναστασία Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Βιολειτουργικοποίηση ηλεκτροδίων
Ανίχνευση γλυκόζης
Χαρακτηρισμός υλικών
Electodes Biofunctionalization
Glucose detection
Material Characterization

description: Ο διαβήτης με τους διάφορους τύπους του είναι μία από τις σημαντικότερες ασθένειες που συναντάμε στις μέρες μας η οποία επηρεάζει την καθημερινότητα κάθε ανθρώπου που πάσχει από αυτήν. Είναι μία από τις κύριες αιτίες θανάτου και αναπηρίας στον κόσμο. Λόγω του ότι επηρεάζει ένα μεγάλο ποσοστό του σημερινού πληθυσμού σημαντική είναι η ανάπτυξη συσκευών που ανιχνεύουν την ύπαρξη αυξημένης ποσότητας γλυκόζης στον οργανισμό καθώς και την συγκέντρωση αυτής, προκειμένου να γίνει ρύθμιση της ώστε να παραμένει στα φυσιολογικά όρια. Στην παρούσα λοιπόν μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία στόχος ήταν η ανάπτυξη και η μελέτη των πρωτοκόλλων βιολειτουργικοποίησης ηλεκτροδίων εύκαμπτων ηλεκτροχημικών αισθητήρων για την ανίχνευση γλυκόζης καθώς και την εύρεση των κατάλληλων συνθηκών (υλικών και ποσοτήτων) για να γίνει αυτή η διαδικασία. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκαν βιοαισθητήρες εκτυπωμένοι μέσω της τεχνικής screen printing της εταιρίας BL-NanoBioMed. Η διαδικασία της βιολειτουργικοποίησης γίνεται με την μέθοδο του drop casting (ρίψης σταγόνας), όπου γίνεται εναπόθεση κατά σειρά συγκεκριμένης ποσότητας αρχικά του οξειδοαναγωγικού μέσου, το οποίο είναι το Prussian Blue, ακολουθεί ποσότητα γλουταραλδεύδης ή νανοσωματιδίων χρυσού προκειμένου να γίνει η προσκόλληση του ενζύμου και η σταθεροποίηση του. Η ενζυμική μεμβράνη που εναποτίθεται μετά περιέχει πρωτεΐνη BSA (λευκωματική ορού βοοειδών), ως το μέσο με το οποίο γίνεται η κάλυψη των σημείων της επιφάνειας του ηλεκτροδίου εργασίας που δεν έχει εναποτεθεί το ένζυμο. Μαζί με αυτό υπάρχει και το nafion, ως το μέσω συγκράτησης του ενζύμου, ενώ επίσης συμβάλει στην μεταφορά των ηλεκτρονίων και έτσι την πραγματοποίηση της αντίδρασης, προκειμένου να γίνει η ανίχνευση της γλυκόζης. Ο χαρακτηρισμός των νανοσωματιδίων χρυσού, των οποίων έγινε η σύνθεση πραγματοποιήθηκε με την τεχνική της δυναμικής σκέδασης φωτός (DLS) και την φασματοσκοπία ορατού υπεριώδους (UV-Vis). Η τεχνική της φασματοσκοπίας απορρόφησης χρησιμοποιήθηκε και για τον χαρακτηρισμό του Prussian Blue, και τον μεθόδων σύνθεσης τους για σύγκριση τους και εύρεση της βέλτιστης. Επίσης, χαρακτηρίστηκαν μέσω της κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ (XRD). Τέλος, οι βιοαισθητήρες και η μέθοδος βιολειτουργικοποίησης τους μελετήθηκαν στα διάφορα στάδια εναπόθεσης των υλικών μέσω μετρήσεων κυκλικής βολταμμετρίας (CV) και τετραγωνικού παλμού (SWV). Από τις μετρήσεις αυτές που προέκυψαν έγινε προσδιορισμός του ορίου ανίχνευσης (LOD) και ποσοτικοποίησης (LOQ), του εύρους γραμμικότητας ενώ έγινε και εύρεση της καμπύλης αναφοράς του συστήματος για συγκεντρώσεις γλυκόζης στα ανθρώπινα όρια.
description: Diabetes with its various types is one of the most important diseases that we encounter nowadays, which affects the daily life of every person who suffers from it. Because it affects a large percentage of today’s population, it is important to develop devices that detect the presence of an increased amount of glucose in the body as well as its concentration, in order to regulate it so that it is within normal limits. Therefore, in this master’s thesis, the goal was the development and the research of the biofuctionalization protocols of electrodes of flexible electrochemical sensors for the purpose of glucose detection and finding the right conditions (materials and quantities) to do these processes. First of all, the sensors that were used were printed through the screen-printing process. The process of biofunctionalization is done via drop casting method. We first deposit a specific quantity of the redox probe, which is Prussian Blue. Followed by an amount of glutaraldehyde or gold nanoparticles, that lead to the attachment of the enzyme and its stabilization. The enzyme membrane that is then deposited contains protein BSA (Bovine Serum Albumin) as the means that covers the spots on the surface of the working electrode that the enzyme has not been deposited. Along with this there is also nafion, whose usefulness is to retain the enzyme, while also contributes to the transfer of electrons and thus to the realization of the reaction, provided to detect glucose. The characterization of the synthesized gold nanoparticles was performed by dynamic light scattering (DLS) and ultraviolet-visible spectrophotometry (UV-Vis). The technique of absorption spectroscopy was also used for the characterization of the Prussian Blue and its synthesis methods, to compare them and find the optimal. Moreover, X-ray crystallography was used for this characterization. Finally, the biosensors were studied in their various stages of biofunctionalization through cyclic voltammetry (CV) and square wave voltammetry (SWV) measurements. Through these the determination of the limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) and the range of linearity was made, while the reference curve of the system for glucose concentrations at human limits was also found.