Ordered biomaterials in electrochemical sensors

Elektrochemiczne biosensory DNA mają zdolność do szybkiego wykrywania wielu, różnych cząsteczek chemicznych oraz badania oddziaływań między cząsteczką docelową a biologiczną częścią sensora. Są to właściwości, które otwierają drzwi do nowych technologii i aplikacji w dziedzinie wykrywania chorób, monitorowania żywności i ochrony środowiska. Praca skoncentrowana została na skonstruowaniu i charakteryzacji zaawansowanych biosensorów elektrochemicznych, które wymagały zastosowania bardzo uporządkowanej architektury matrycy do osadzenia w niej różnych form DNA. Sygnał utleniania guaniny, jednej z czterech zasad azotowych obecnych w DNA, był najprostszym do zaobserwowania, w czasie pracy sensora, i posłużył jako sygnał analityczny w badaniach. Powiązanie polimerów przewodzących, materiałów hydrożelowych oraz nanostruktur i nanomateriałów, pozwoliło na zaprojektowanie nowych, zespolonych matryc, które ulepszyły i ustabilizowały pracę czujnika. Do niewątpliwych korzyści, jakie wynikają z użycia dodatkowych materiałów można zaliczyć: dużą ruchliwość elektronów, porowatą strukturę matrycy, a w niektórych przypadkach, katalityczny efekt utleniania guaniny. Badania były prowadzone za pomocą wielu technik analitycznych, takich jak: metody woltamperometryczne, impedancyjne, spektroskopowe i mikroskopowe. Działanie skonstruowanych elektrochemicznych biosensorów, zostało również porównane z pracą optycznych czujników guaniny z wykorzystaniem porowatych materiałów silikonowych.

Electrochemical DNA biosensors have the capacity for rapid and accurate detection of a wide variety of target molecules and interactions between them. These properties open door to many electrochemical devices technology and applications for sensing diseases, food and environment. The aim of this research focused on advance electrochemical biosensors that require highly ordered architecture of the matrices holding various forms of DNAs, where the guanine electrochemical oxidation signal was the most easily observed during the DNA oxidation reactions. The combination of polymers, hydrogels allowed for creation of novel organized structures containing nanomaterials that stabilized, organized, and enhanced the performance of the sensors and will lead in the future to practical, already envisioned, applications. It was studying the role, which the surface plays in determining biosensor behavior and how the surface affects the DNA immobilized on it. The results presented in this work indicate better analytical response of the biosensor, after using the material in matrices, which holding biological molecule. The undeniable benefits of deposition an extra material, such as its high electron mobility, porous structure and, in some cases, guanine catalytic oxidation effect is the way its utilization that may result in future field of DNA biosensor. A very good agreement of the data obtained with such independent techniques as electrochemical methods, scanning microscopy and Raman spectroscopy, showed improved electrochemical behavior of novel sensors. To compare all materials, the behavior of guanine, by the effect on refractive index, in PSi optical sensors system was also studying.