Point-of-care imunoafinitní biosenzor s elektrochemickou detekcí

Mgr. Jakub Sopoušek, Ph.D.

Doctoral thesis

Point-of-care immunoaffinity biosensor with electrochemical detection

Abstract:

Tato práce se zabývá vývojem point-of-care biosenzoru schopného rozpoznat přítomnost analytu v rámci několika minut. Analytem jsou zde protilátky, které vytváří imunoafinitní spojení s receptory (antigeny) navázanými na senzitivním povrchu. Byly použity dva analytické biomarkery – modelové protilátky proti albuminu a sérové protilátky proti bakterii typu Borrelia. Zachycení protilátek bylo detekováno elektrochemicky za použití faradaické impedanční spektroskopie v přítomnosti redox-aktivní složky, páru hexakyanoželezitanu/železnatanu. Systém je založen na přímé detekci, kde není třeba kovalentně vázat značky. Aby se taková detekce umožnila, byl vyvinut koncept blokování nanopórů. Citlivá složka se skládá z hustého pokrytí nevodivými nanočásticemi modifikovanými receptory, což způsobuje značné bránění prostupu redox-aktivní složky po navázání protilátek. Během vývoje bylo objeveno a popsáno mnoho neočekávaných efektů. Důležité faktory, které ovlivňují signál biosenzoru byly publikovány – tyto publikace jsou součástí dizertační práce. Mimo publikovanou práci byly popsány i prvotní testy na reálných vzorcích. Tyto experimenty však ale nebyly tak úspěšné, jak se původně očekávalo.

Abstract:

This work deals with the development of point-of-care biosensor able to recognize the presence of analyte within frame of few minutes. The analyte was herein represented by human antibodies which form an immunoaffinity bond with receptors (antigens) immobilized on the sensing surface. Two analytical biomarkers were utilized – model anti-albumin antibodies and serum anti-Borrelia type antibodies. The capture of antibodies was detected electrochemically using the faradaic impedance spectroscopy in the presence redox active component, ferro-/ferri-cyanide couple. The system is based on a direct detection where no covalently attached labels are necessary. To enable such direct detection, concept of nanopore blocking was developed. Sensing layer constitutes of densely packed nonconductive nanoparticles modified with receptors, which significantly hinder permeation of the redox active component upon interaction with the antibodies. During the development, plenty of unexpected effects were found and described. Important factors which influence the biosensing signal were published – these publications are included in this thesis. Besides published work, initial tests on real samples were described. These experiments were, however, not as successful as expected.

Keywords

Biosenzor, elektrochemická impedance, protilátka, nanočástice, nanopóry, biosensor, electrochemical impedance, antibody, nanoparticles, nanopores

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 11. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 7. 12. 2022
• Supervisor: Mgr. Karel Lacina, Ph.D.
• Reader: RNDr. Aleš Daňhel, Ph.D., Ing. Radovan Metelka, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry / Biochemistry