Mikrofluidika a nanotechnologie pro bioanalýzy

Mgr. Petra Jusková, Ph.D.

Doctoral thesis

Microfluidics and nanotechnology for bioanalytical applications

Anotácia:

Hlavním cílem mé disertační práce byl návrh a příprava tenkých kovových filmů s možným výužitím v bioanalýze. První aplikace byla zaměřena na přípravu miniaturizovaných amalgámových elektrod. Elektrody byly vytvořeny fotolitografickým způsobem na skleněném substrátu se svolenou, méně než mikrometr tlustou kovovou vrstvou. Modifikace povrchu (Au, Ag) elektrolytickým vyloučením rtuti byla testována pro analýzu proteinů. Elektrody byly připraveny ve formě elektrodového pole, který umožňuje jejich další automatizaci a integraci s mikrofluidními zařízeními. Morfologie a složení vytvořeného amalgámového filmu byly sledovány pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) a energiově disperzní spektroskopie (EDS). Elektrochemická charakterizace elektrod byla provedena pomocí cyklické voltametrie. Analýza proteinů byla zaměřena na rozlišování mezi nativní a denaturovanou formou proteinu pomocí chronopotenciometrické rozpouštěcí analýzy. Zatímco první generace elektrodového pole obsahovala pouze elektrody amalgámové, v nové verzi byli referenční, pomocná a amalgámová pracovní elektroda integrovány do jednoho senzoru. Byl vyvinut a optimalizován protokol pro přípravu těchto miniaturních elektrod. Činnost všech tří elektrod byla testována pro detekci proteinů; výsledky byly srovnatelné s předchozím uspořádáním s externím připojením k pomocné a referenční elektrode. Druhá část mé práce byla zaměřena na přípravu kovových částic s definovanými rozměry a geometrií. První přístup využívá základní fotografický proces k přípravě stříbrných struktur uvnitř gelové matrice. Druhá metoda přípravy využívá kombinaci vakuové depozice kovových vrstev a litografie pro přípravu volně- stojících kovových částic. Byly připraveny částice různých rozměrů a tvarů.

Abstract:

The main aim of my PhD thesis was design and microfabrication of thin metal films for potential applications in bioanalysis. First application was focused on preparation of the miniaturized mercury amalgam electrodes. Electrodes were created using a photolithographic process on a glass substrate coated with a desired metal layer (less then micrometer). Modification of the metal surface (Au, Ag) with electrodeposited mercury was tested for protein analysis. Electrodes were prepared in a microarray format allowing future automation and integration with microfluidic devices. Morphology and composition of the created amalgam film were examined by scanning electron microscopy (SEM) with energy-dispersive X-ray microanalysis (EDS). Electrochemical characterization of the electrodes was performed using cyclic voltammetry. Protein analysis was aimed at distinguishing between native and denaturated forms of the protein using chronopotentiometric stripping analysis. While the first generation of the electrode arrays contained only the amalgam electrodes an improved version was further developed by integration of the counter, reference and amalgam working electrodes into one sensor. Protocol for preparation of miniaturized electrodes was developed and optimized. Performance of the three electrode system was tested for protein detection with results comparable to previous setup with external connection to the reference and counter electrodes. Second part of my work was focused on preparation of the metal structures with defined geometry and dimensions. First approach utilized basic photographic process to prepare silver structures within the gel matrix. The second preparation method combined vacuum metal deposition and lithography for preparation of freestanding, high–aspect ratio metal structures. Particles of various dimensions and shapes were prepared.

Keywords

tenká kovová vrstva, fotolitografie, biosenzor, mikročástice, elektrochemie

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 13. 9. 2011

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 10. 11. 2011
• Vedúci: Ing. František Foret, CSc.
• Oponent: prof. RNDr. Zdeněk Glatz, CSc., RNDr. Zuzana Bílková, Ph.D., RNDr. Marián Masár, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / odbor:
Chemistry (4-years) / Analytical Chemistry