New concepts for electrical detection of biomolecules

  1. Roberto de La Rica Quesada
Supervised by:
  1. Cesar Fernandez Sanchez Director
  2. Antonio Baldi Director

Defence university: Universitat Autònoma de Barcelona

Year of defence: 2007

Committee:
  1. Francesca Campabadal Segura Chair
  2. Manuel del Valle Zafra Secretary
  3. Guillaume Suárez Committee member
  4. María Asunción Alonso Lomillo Committee member
  5. Esteve Padrós Morell Committee member

Type: Thesis

Abstract

Aquest treball discuteix difrerents aspects relacionats amb el disseny de sensors i sistemes de biodetecció. Descriu la fabricació i caracterització de transductors electrics particulars, així com el desenvolupament de nous sistemes de transduccio i el descobriment de noves methodologies per la fabricacio de nanomatrius de proteines.En primer lloc, es presenta un nou tipus de transductor impedimetric (I). Es va escollir un disseny basat en dos electrodes interdigitats per dos motius principals. Primer, aquesta geometria permet monitoritzar tant la resistència como la constant dieléctrica d'una solució, la qual cosa fa dels electrodes interdigitats eines més versatils que altres tipus transductors. Segon, els electrodes presenten una curta penetració del camp electric, la qual cosa els fa mes sensibles als canvis que tenen lloc a prop de la seva superfície. Aquest fet permet monitoritzar canvis locals en les magnituds d'interés. Finalment, són apropiats no nomes per construir sensors sinó també actuadors. Aquesta geometria sembla ser útil en experiments de dielectroforesi. Una innovació introduïda en aquesta tesi es el material escollit per fabricar els electrodes: silici policristal-lí o polisilici. El polisilici pot ser facilment modificat per donar lloc a superficies amb particulars propietats químiques i físiques, fent d'aquest material un excel-lent candidat per a la manufactura de biosensors, comparable a altres aproximacions com la quemisorció de alcanotiols sobre electrodes d'or. Els esmentats electrodes interdigitats es van fer servir per probar dos nous sistemes de transducció. Ambdues aproximacions comparteixen un tret comu: aprofiten la capacitat dels electrodes interdigitats per mesurar canvis local en les propietats elèctriques del medi on es troben submergits. En II, aquest fet és utilitzat per monitoritzar una reacció enzimàtica, i es mostra com la característica de mesura local en electrodes interdigitats dóna lloc a una detecció més sensible. A més, es demostra que aquesta aproximació es adequada per la detecció de proteïnes fent servir l'enzim com a marca en un immunoassaig. En III, els electrodes interdigitats actuen com a sensor i actuador. Com a actuador, els electrodes son capaços de concentrar esferes de làtex a la seva superficie. Com a transductors, la presencia de les micropartícules aïllants a la seva superficie dóna lloc a un canvi en la geometria de la cel-la, que pot ser detectat monitoritzant tant la resistència com la capacitat de la solucio. Aquest mode de funcionament es paral-lel al dels sensors magnetoresistius, i el principi de transduccio proposat es presenta com a una alternativa a ells.Finalment, un quart treball es presenta en aquesta tesi (anex). Comparteix dues característiques en comú amb els treballs previs: el sustrat (silici) i una metodologia per la inmoblització de biomolecules (silanització). Les seves aplicacions son, però, diferents i cobreixen un rang més ampli d'aplicacions. En concret, una nova metodologia pel nanoestructurat de superfícies, de baix cost i fàcil disponibilitat és presentada. Es van aconseguir motius fets amb molècules de silà amb dimensions inferiors als 10 nm. En el marc de la biodetecció, aquesta nova tècnica per nanoestructurat superficial es propossa com a alternativa a la nanolitografia dip-pen per la manufactura de nanomatrius de biomolècules. Les petites dimensions dels motius obtinguts obren el cami per la consecució de nanomatrius d'una única molècula.