Immunospecific sensors based on nanoparticles and nanostructures

Mgr. David Kovář, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Imunospecifické biosensory poskytují rychlou a ekonomicky výhodnou alternativu k tradičním metodám. Imunosensory bývají charakterizovány vysokou specifitou a selektivitou, nicméně běžné imunosensory vykazují nižší citlivost v porovnání s tradičními metodami. Pro vylepšení této vlastnosti lze využít několika přístupů. V této práci je popsáno využití imunosensorů a jejich kombinace s imunomagnetickými nanočásticemi. Sensory na bázi křemenných mikrovážek a elektrochemické sensory byly použity pro detekci modelových bakteriálních patogenů a to ve formě bioaerosolů a suspenzí. Syntetizované magnetické nanočástice byly po konjugaci s protilátkami testovány jako nástroj cílené prekoncentrace bakterií. Dále byla studována možnost kombinace magnetických nanočástic s výše uvedenými imunosensory. Nemalá pozornost byla také věnována imobilizaci funkčně orientovaných protilátek na povrchy sensorů. V závěru práce je ve stručnosti popsána syntéza a testování superparamagnetických nanočástic jako experimentální kontrastní látky pro magnetickou resonanci. Získaná data a jiné poznatky jsou rezentovány v přiložených recenzovaných článcích a dále v kapitole s doplňujícími dosud nepublikovanými výsledky.

Abstract:

The immunospecific biosensors are quick and cost effective alternatives to conventional methods. Immunosensors are characterised by high specificity and selectivity; however a common immunosensors has lower sensitivity comparing to traditional methods. A few approaches are used for improvement of this state. The use of immunosensors and their combinations with immunoagnetic nanoparticles are described in the presented thesis. Mainly quartz crystal microbalance sensors and electrochemical sensors were used for detection of surrogates for bacterial pathogens in form of bioaerosols and suspensions. Magnetic nanoparticles (MPs) have been synthesised and bioconjugated with antibodies, and their possibility for preconcentration of bacterial targets was tested. A combination of thus prepared MPs with both mentioned kinds of sensors was tested. An attention was paid to immobilisation of oriented antibodies to the sensor surfaces. A synthesis and testing of superparamagnetic nanoparticles as experimental contrast agent for magnetic resonance imaging is described briefly. The obtained data and valuable insights are depicted here in the appended peer-reviewed articles and in chapter with supplemented not yet published results.

Keywords

křemenné mikrováhy (QCM), elektrochemický biosensor, imunosensory, Bacillus atrophaeus, Escherichia coli, bioaerosoly, biologické bojové zbraně, hygienicky významné bakterie, magnetické nanočástice

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 2. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 10. 6. 2015
• Supervisor: doc. RNDr. Petr Skládal, CSc.
• Reader: doc. RNDr. Ludmila Zajoncová, Ph.D., RNDr. Jan Krejčí, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Biomolecular Chemistry