Transcript case study - biosensor

Case studies of biosensors
203435 2/54
สรุปเรื่อง
• ในงานวิจย
ั นี้มก
ี ารพัฒนา
amperometric
biosensor สาหรับใช้หาปริมาณกรด L-lactic
โดยอาศั ยเอนไซม ์ 2 ชนิด
คือ Lactate
oxidase (LOX) และ peroxidase (HRP)
ซึง่
เอนไซมทั
์ ง้ สองตัวนี้จะถูกตรึงลงบนผิวของอิเล็กโทรดที่
เป็ นขัว้ ทางาน
โดยการตรึงเอนไซมบนผิ
ว
์
อิเล็กโทรดจะตรึงเป็ นชัน
้ ๆแบบ sandwich ทีจ
่ ด
ั วาง
อยูข
น
้ ของ chitosan และมี Ag/AgCl เป็ น
่ างในชั
้
ขัว้ อางอิ
ง
ในการศึ กษาจะใช้สารละลาย
L้
lactic acid 50 mM
ใน
0.1 M ของ
phosphate buffer ซึง่ จากผลการทดลอง พบวา่
สภาวะทีเ่ หมาะสม คือ
ศั กยไฟฟ
้ าทีใ่ ช้ -50 mV
์
หลักการทางเคมีที่เกีย่ วข้ อง
• อาศัยเอนไซม ์ 2 ชนิด คือ Lactate
oxidase (LOX) และ peroxidase (HRP)
ซึง่ เอนไซมทั
์ ง้ สองตัวนี้จะถูกตรึงลงบนผิวของ
อิเล็กโทรดทีเ่ ป็ นขัว้ ทางาน โดยมี chitosan
เป็ นตัวหุ้มไว้
ผลของ
working potential &
pH
• ในการศึ กษา working potential จะศึ กษา
ศักยไฟฟ
-50mV ถึง -350 mV
์
้ าในช่วง
โดยใช้สารละลาย
L-lactic acid 50 mM
ใน
0.1 M ของ
phosphate buffer
ทีพ
่ เี อช
7.0
ข้อดี
• การใช้ไบโอเซนเซอรจะให
์
้ผลการวิเคราะห ์
ถูกตองมากกว
าและการวิ
เคราะหท
้
่
์ าไดไม
้ ยุ
่ งยาก
่
• เครือ
่ งมือราคาไมแพงและไม
ซั
่
่ บซ้อน
• สามารถทาการวิเคราะหได
์ เร็
้ ว
• มีความจาเพาะในการตรวจวัดสูง
• Composite electrode ทีม
่ ี CNT มีพน
ื้ ทีผ
่ วิ สูง
่ sensitivity
ช่วยเพิม
สรุปเรื่อง
• งานวิจย
ั นี้ไดพั
่ งตรวจวัดชีวภาพโดยใช้
้ ฒนาเครือ
เทคนิคคอนดักโตเมตริกเพือ
่ ตรวจวัดเชือ
้ จุลน
ิ ทรียก
่
์ อ
โรคในอาหาร ซึง่ ไบโอเซนเซอรมี
ก
์ องคประกอบหลั
์
อยู่ 2 อยางคื
อ อิมมูโนเซนเซอร ์ (Immunosensor)
่
ซึง่ มีแอนติบอดีเ้ ป็ นสารชีวภาพในการตรวจวัด และมี
ตัวตรวจวัดสั ญญาณ (transducer) โดยไดออกแบบ
้
ให้อิมมูโนเซนเซอรเป็
่ ให้ของเหลว
์ นระบบ flow เพือ
ตัวอยางไหลผ
านและการตรวจวั
ดมีประสิ ทธภาพมาก
่
่
ขึน
้
ไบโอเซนเซอรที
่ รางขึ
น
้ มีความจาเพาะสูง
้
์ ส
การตอบสนองดี ใช้ปริมาณตัวอยางน
่
้ อย และการ
ตรวจวัดกลไกใกลเคี
ิ าจิง
้ ยงกับเวลาในการเกิดปฏิกริ ย
ของสาร (near real-time detection mechanism)
ซึง่ ไบโอเซนเซอรนี
ี ระสิ ทธิภาพในการตรวจวัดจุลท
ิ
์ ้มป
หลักการทางเคมีที่เกีย่ วข้ อง
• ไบโอเซนเซอร ์ ประกอบดวยไบโอรี
เซฟเตอร(bioreceptor/
้
์
Biological sensing elements) และตัวแปลงสั ญญาณ
(transducer) ไบโอรีเซฟเตอรเป็
่ ี้ใช้
์ นโมเลกุลชีวภาพในทีน
polyaniline แอนติบอดี้ ซึง่ ความสามารถในการจดจาตัวถูก
วิเคราะห ์ (target analyte) ไดอย
ไดแก
้ างเฉพาะเจาะจง
่
้ ่
จุลน
ิ ทรีย ์ Escherichia coli O157:H7 and Salmonella spp
โดยไบไอรีเซฟเตอรถู
ธท
ี างกายภาพหรือวิธก
ี ารทาง
้
์ กตรึงดวยวิ
เคมีกบ
ั ตัวแปลงสั ญญาณ (transducer) ดังรูป 1 องคประกอบ
์
ของอิมมูโนเซนเซอรประกอบด
วย
cellulose membrane มี
้
์
หน้าทีเ่ ป็ น absorption pads และให้ตัวอยางผ
าน
ซึง่
่
่
conjugate pad ทามาจาก fiber glass membrane และ
capture pad ทามาจากnitrocellulose (NC) membrane
หลักการทางเคมีที่เกีย่ วข้ อง
• จากรูป คอนดักโทเมตริกไบโอเซนเซอรได
ี ารไหล
้ ้วิธก
์ ใช
ของเหลวตัวอยางผ
านช
่ นทีจ
่ ากเยือ
่ เลือกผาน
่
่
่ องเล็กๆ โดยเคลือ
่
อันหนึ่งไปสู่อีกอันหนึ่ง ซึง่ สามารถวัดสั ญญาณไฟฟ้าจาก
ขัว้ ไฟฟ้าทีอ
่ ยูระหว
างช
งรูป โดยกอนที
จ
่ ะให้สารไหล
่
่
่ องวางดั
่
่
ผานช
างขั
ว้ ไฟฟ้าหรือช่อง capture gap จะไมมี
่
่ องวางระหว
่
่
่
สั ญญาณเกิดขึน
้ ดังรูป A แตหลั
าไป
แอนติ
่ งจากผานสารเข
่
้
บอดิ polyaniline (Ab-P) จะเขาจั
้ บกับ antigen เกิดเป็ นสาร
เชิงซ้อนขึน
้ ดังรูป B แลวสารเชิ
งซ้อนนี้จะถูกพาเขาไปในช
้
้
่ อง
capture pad ซึง่ antibody-antigen เกิดปฏิกริ ย
ิ ากันแลวก
้ อ
่
ตัวเป็ น sandwich ดังรูป C แลวมี
้
้ สัญญาณเกิดขึน
Sensor response
สั ญญาณที่
ตอบสนองเป็ น
สั ดส่วนกับความ
เขมข
coli
้ นของE.
้
ในช่วง 101-105
CFU/mL แตที
่ ่
ความเขมข
้
้ นสู
้ งขึน
สั ญญาณทีว่ ด
ั ได้
จะแปรผกผันกับ
ความเขมข
้ นที
้ ่
เพิม
่ ขึน
้
ข้อดี
•
•
•
•
สามารถทาการวิเคราะหได
์ เร็
้ ว
ให้ sensitivity สูง
การเตรียมตัวอยางไม
ยุ
่
่ งยาก
่
เหมาะสาหรับการ screening
สรุปเรื่อง
• รูปแบบใหมส
ภาคนาโนทองมีการปรับ
่ าหรับการประดิษฐของอนุ
์
แปรดวย
้ cholesterol oxidase บน bioelectrode และการ
ตรวจสอบศักยไฟฟ
้ าทีใ่ ช้งานกับ cholesterol biosensor
์
ขัน
้ ตอนการประดิษฐจะขึ
น
้ อยูกั
่ บการสะสมของอนุ ภาคนาโนทอง
์
บน 1,6 - hexanedithiol ทีป
่ รับแปรขัว้ ไฟฟ้าทอง
functionalization ของพืน
้ ผิวทีใ่ ช้ในการสะสมอนุ ภาคนาโน
ทองของ cholesterol oxidase โดยจะตองมี
กลุมของคาร
้
่
์
บอกซิลทีไ่ ดจากการใช
้
้กรด 11-mercaptoundecanoic แลว
้
หลังจากนั้นจะทาการตรึง cholesterol oxidase ลงไปบนผิว
ฟิ ลมของอนุ
ภาคนาโนทองดวยพั
นธะโคเวเลนตโดยใช
้
้ลิแกนด ์
์
์
ของ
N-ethyl-N-(3-dimethylaminopropyl carbodimide)
และ Nhydroxysuccinimide กระบวนกอตั
่ วของ bioelectrode
สามารถศึ กษาโดยใช้ Atomic force microscopy (AFM),
Cyclic Voltammetry (CV) , Electrochemical impedance
spectroscopy (EIS) และใช้ฟิ ลมอนุ
ภาคนาโนทองบนพืน
้ ผิว
์
ขัว้ ไฟฟ้าทีม
่ ใี ห้สภาพแวดลอมส
าหรับการเพิม
่ กิจกรรม
้
หลักการทางเคมีที่เกีย่ วข้ อง
แผนผัง 1 กระบวนการประดิษฐขั
์ ว้ ไฟฟ้า
หลักการทางเคมีที่เกีย่ วข้ อง
• ลักษณะพืน
้ ผิวขัว้
Sensor response
สั ญญาณที่
ตอบสนองเป็ น
สั ดส่วนกับความ
เขมข
coli
้ นของE.
้
ในช่วง 101-105
CFU/mL แตที
่ ่
ความเขมข
้
้ นสู
้ งขึน
สั ญญาณทีว่ ด
ั ได้
จะแปรผกผันกับ
ความเขมข
้ นที
้ ่
เพิม
่ ขึน
้
ข้อดี
• สามารถทาการวิเคราะหได
์ เร็
้ ว
• ให้ sensitivity สูง เนื่องจากพืน
้ ทีผ
่ วิ ขัว้ ไฟฟ้า
สูง
• Covalent bonding of ChOx บนผิวทองคา
ช่วยเพิม
่ ความเสถียร ยึดอายุการใช้งาน