Biokatalitikus aktivitás mérésére alkalmas mikrofabrikált elektrokémiai bioszenzorok fejlesztése és vizsgálata = Development and study of microfabricated electrochemical biosensors for biocatalyst assay

摘要

1. Miniatűr amperometriás mérőcellákat fejlesztettünk ki enzimaktivitás mérésére 1-10 micro l térfogatú mintákból mikrofabrikációs technológiák alkalmazásával. Az alapérzékelők szelektív válaszának biztosítására elektrokatalizátorokat, többrétegű polielektrolit, illetve elektropolimerizációval készült filmeket vizsgáltunk. Bizonyítottuk a kifejlesztett bioszenzorok alkalmasságát egyes oxidáz és hidroláz enzimek, illetve enzimszubsztrátok közvetlen meghatározására. 2. Fotolitográfia, mikrokontakt nyomtatás és különböző immobilizációs eljárások alkalmazásával mikroszkopikus méretű nukleinsav és protein mintázatokat alakítottunk ki aranyfelületeken. Módszert dolgoztunk felületen immobilizált glükóz-oxidáz enzim rétegek aktivitásának kvantitatív meghatározására pásztázó elektrokémiai mikroszkópia és digitális szimuláció alkalmazásával. A pásztázó elektrokémiai mikroszkópiát világszinten először alkalmaztuk sikeresen DNS szálak hibridizálódásának enzimaktivitás mérésen alapuló detektálására. 3. Új detektálási elveket dolgoztunk ki nukleinsavak hibridizációja és immunreakciók nyomonkövetésére felületi plazmon rezonanciás mérőrendszer és kémiailag módosított arany nanocsövek alkalmazásával. 4. Spektroelektrokémiai mikroszkópiás módszert dolgoztunk ki anyagtranszport kontrollált ionszelektív membránok vizsgálatára amellyel a membránkomponensek elektromos tér, illetve koncentrációgradiens indukált transzportja valósidőben nyomonkövethető. Új eljárásokat vezettünk be nanomólos kimutatási határú ionszelektív elektródok előállítására. | 1. Microfabricated amperometric microcells were developed for enzyme and enzyme substrate assays in microliter volume samples. Different selectivity enhancing layers based on electrocatalysts, polyelectrolyte multilayers and electropolymerized films were investigated. The applicability of the miniaturized biosensors for the assay of certain oxidase and hydrolase enzymes has been proved. 2. Photolithography, microcontact printing and different immobilization strategies were used to fabricate protein and nucleic acid micropatterns on gold surfaces. A new method was developed for quantification of the activity of surface confined enzymes based on 3D digital simulation in combination with scanning electrochemical microscopy. Scanning electrochemical microscopy was used successfully for the detection of nucleic acid hybridization events in conjunction with enzyme labeling. 3. New strategies were developed for the detection of affinity type biomolecular interactions based on surface plasmon resonance imaging and chemically modified nanotubules. It was shown that the potentiometric monitoring of an indicator ion such as Ca2+, whose zero-current flux through chemically modified nanochannels is altered by biorecognition events provides a sensitive label-free biosensing approach for protein and nucleic acid assays. 4. Spectroelectrochemical microscopy has been implemented as a novel method for multi-spectral imaging of ion transport processes in neutral carrier-based cation-selective membranes. New approaches for the fabrication of ion-selective sensors for the ultra trace analysis of calcium and lead ions were developed.