Be jau gerai žinomų gliukozės jutiklių, šiais laikais biologiniai jutikliai (biojutikliai) ir įvairūs laboratorijos ant lusto (LAL) įrenginiai tampa reikšmingais įrankiais daugybėje panaudojimo sričių. Pagrindinės iš jų apima ligų gydymo ir jų progresavimo stebėseną, aplinkos monitoringą, maisto saugos užtikrinimą, vaistų kūrimą, kriminalistiką ir biomedicininius tyrimus. Didėjantis greitos, prieinamos ir patikimos analitinės informacijos poreikis lėmė paprastų ir lengvai naudojamų jutiklių atsiradimą, skirtų trumpalaikiams arba greitiems vienkartiniams matavimams. Tokio tipo jutiklių taikymo sričių yra daugybė - nuo farmacijos, žemės ūkio, aplinkos ar maisto kokybės iki dėvimųjų prietaisų ir klinikinės diagnostikos, ypač ribotų išteklių aplinkoje, kur svarbiausia yra patogumas ir galutinė produkto kaina. Tačiau sėkmingai vienkartinių jutiklių integracijai į komercinius produktus, jie turi atitikti tam tikrus reikalavimus, įskaitant itin pigią gamybą, paprastą naudojimą, pripažinimą kasdienėje praktikoje, greitą analizę ir trumpą atsako laiką.
Šiai dienai prieinami paviršiaus spausdinti (SPE) arba 3D spausdinti elektrodai su integruotais darbiniu, pagalbiniu ir palyginamuoju elektrodais yra pagrįsti santykinai storos plėvelės spausdinimo technologija. Tačiau tokių SPE elektrodų darbinis paviršius paprastai pasižymi mažu paviršiaus ir tūrio santykiu, todėl jų tinkamumas jautrių detekcijos sistemų kūrime gana ribotas. Šiam iššūkiui įveikti, laboratorijose yra naudojamos įvairios nanomedžiagos ir jų mišiniai, tačiau jų padengimas ant SPE technologiškai nėra patogus, ypač, didelio masto elektrodų gamybai, todėl ieškoma alternatyvių paviršiaus nanostruktūrizavimo metodų. Sėkminga SPE paviršių modifikacija galėtų padėti sumažinti elektrodus jiems suteikiant didesnį paviršiaus plotą, tinkamą vieno ar keleto skirtingų biologinio atpažinimo elementų imobilizacijai.
Šiuo doktorantūros projektu norėtume spręsti SPE nanostruktūrizavimo problemą, kuri, tikimės, būtų naudinga ne tik fundamentiniu, bet ir praktiniu požiūriu. Pasitelkiant elektrocheminius ėsdinimo ir/ar nusodinimo metodus bus formuojami poringi metalo sluoksniai ant komerciškai prieinamų SPE elektrodų kurie leistų užtikrinti efektyvesnį elektronų perdavimą tarp biožymens (analitės) ir/ar atpažinimo elemento (t. y. fermento, antikūno, visos ląstelės) ir elektrodo paviršiaus. Jų pagrindu, bus kuriami mediciniškai svarbių bioanaličių (urėjos, gliukozės, dopamino) biojutikliai.
EN - Fabrication and characterization of disposable porous electrodes for detection of medically relevant biomarkers
Nowadays, disposable biosensors and various lab-on-a-chip devices have become valuable tools in many applications beyond the well-known glucose sensor. The monitoring of treatment and progression of diseases, environmental monitoring, food safety concern, drug development, forensics, and biomedical research is one of the leading industrial biosensor applications. The growing demand for fast, accessible and reliable analytical information leads to the discovery of simple and easy-to-use sensors for short-term or rapid single-point measurements, usually known as disposable sensor devices. The areas of application for such low-cost sensors are numerous, ranging from pharmaceutical, agricultural, environmental or food sciences to wearables and clinical diagnostics, especially in resource-limited settings, where portability, usability, and price matter the most. However, before successfully integrating certain disposable sensors into commercial products, they must satisfy some requirements, including extremely low-cost production, being simple to use, being accepted in daily practice, having a quick analysis and short response time.
To date, the available screen-printed or 3D printed electrodes with integrated working, counter and reference electrodes are based on thick film printing technology. However, the sensing parts of SPE electrodes usually exhibit a low surface-to-volume ratio, thus limiting their sensitivity and consequently the usage as the main electrode of disposable sensors. The different nanoscale materials, their mixtures and novel nanostructured surface immobilisation and/or formation on the conducting parts of SPE electrodes could offer new solutions for the disposable electrode design and should highly improve its sensing characteristic. Moreover, it may help to miniaturise the electrodes and provide a higher surface area suitable for single or a few different bio-recognition element immobilisations.Through this PhD project, we would like to address two issues, hopefully benefiting the existing and future market applications with disposable electrodes. First, to work out the updated electrochemical techniques and algorithms to be integrated into electronics of portable devices, which would determine the "health" status of working (WE), reference and counter (CE) electrode parts of disposable sensors during the measurement and introduce some error correction into their analysis reports. Second, we would investigate an easy synthesis of nanostructured surfaces by the most prevalent screen or 3D printing methods, which would also enable efficient electron transfer between analyte recognition element (i.e., enzyme, antibody, whole cell) and the electrode surface.