Elektrochemické biosenzory a jejich využití v moderní diagnostice

Ing. Eliška Sedláčková

Doctoral thesis

Electrochemical biosensor and its use in modern dignostics

Abstract:

Přesná a včasná diagnostika je pro úspěšnou léčbu nejrůznějších onemocnění klíčová. V posledních letech se mnohé vědecké skupiny věnují výzkumu a vývoji biosenzorů či senzorů. Nejen že tato zařízení umožňují rychlé, nepřetržité a efektivní měření, ale také nabízí snadnou manipulaci pro koncového uživatele. Vzhledem k jejich portabilitě, jednoduchosti, kompaktním rozměrům a poměrně nízkým nákladům na výrobu i samotné měření, se v současné době využití těchto biosenzorů jako alternativy ke konvenčním metodám rozšiřuje. V reakci na tyto požadavky, se předkládaná disertační práce věnuje problematice elektrochemických biosenzorů, jejich výhodám, nevýhodám a možnému využití. V teoretické části práce je uveden přehled jednotlivých biosenzorů, jejich rozdělení, biochemie a imobilizace nukleových kyselin či využití biosenzorů v oblasti diagnostiky. V teoretickém přehledu jsou také uvedené elektrochemické metody a mechanismus elektrochemické detekce nukleových kyselin. Zvýšená pozornost je věnována DNA biosenzorům a jejich využití při stanovení specifických analytů. Experimentální část se naopak zaměřuje na samotný vývoj a konstrukci DNA elektrochemických biosenzorů pro detekci metylace DNA, dále tumor supresorového genu p53 a studia jeho mutací. V rámci experimentů byly zvoleny vhodné nanomateriály určené k modifikaci povrchu pracovní elektrody, za účelem amplifikace signálu biosenzoru. Po výběru vhodné modifikace, optimální imobilizace bioafinitní složky byly vybrány elektrochemické metody vhodné pro samotné měření. Součástí práce je také testování reálných vzorků krevního séra.

Abstract:

Accurate and early diagnosis plays a crucial role in the successful treatment of various diseases of civilization. Many scientific groups have been engaged in the research and development of sensors and biosensors in recent years. Because these devices allow fast, continuous, efficient, and user-friendly measurements, their use as an alternative to conventional methods is currently expanding. Biosensors can be portable, simple, compact, and relatively cost-effective in production and measurement. The presented dissertation deals with electrochemical biosensors, their advantages, disadvantages, and possible medical applications in response to these conditions. At the same time, the theoretical part provides an overview of individual biosensors, their distribution, biochemistry and immobilization of nucleic acids, or biosensors in diagnostics. The theoretical overview also presents the electrochemical methods and the mechanism of electrochemical detection of nucleic acids. Increased attention is given to DNA biosensors and their utilization in the determination of specific analytes. On the contrary, the experimental part focuses on developing and constructing DNA electrochemical biosensors to detect DNA methylation and the tumour suppressor gene p53 and the study of its mutations. In the experiments, suitable nanomaterials were selected to modify the working electrode's surface to amplify the biosensor signal. After selecting a suitable modification, optimal immobilization of the bioaffinity component and appropriate electrochemical methods were selected for the specific analytes measurement. Part of the work is also testing real blood serum samples.

Keywords

elektrochemie, biomarkery, point-of-care, nanomateriály

Keywords

biomarkers, electrochemistry, point-of-care, nanomaterials

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 6. 2021

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Vojtěch Adam, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / field:
Chemistry / Agricultural Chemistry