Study of IDE as a sensor head for interfacing with handheld electrochemical analyzer system

• Autorzy: Velusamy V. , Arshak K. , Korostynska O. , Adley C.

Warianty tytułu

PL

Projekt głowicy IDE dla sensorów do zastosowań w podręcznych systemach analizy elektrochemicznej

• Konferencja: 35th International Microelectronics and Packaging IMAPS - IEEE CPMT Poland Conference ; 21-24.09.2011 ; Gdańsk Sobieszewo, Poland
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Electrochemical sensors for various applications including diagnosis of infectious diseases, detection of chemicals, DNA hybridization and detection of pathogenic micro organisms have been reported in recent years. Real­time monitoring of food and water is a high priority globally and the presence of pathogenic micro organisms is a particular environmental concern. Although various measures like good agricultural practices [1, 2], good manufacturing practices [2. 3], hazard analysis and critical control point (HACCP) [4, 5] and the food code indicating approaches [6], have been taken to monitor the food quality, there are still reports of outbreaks. Detailed in this work is the design of a sensor head for use in a handheld electrochemical analyzer system to detect environmental variables including pathogenic micro-organisms in real-time. A thick-film interdigitated gold electrode (IDE) prepared by screen printing technique was employed as a sensor to detect DNA of the foodbome pathogen Bacillus cereus. Polypyrrole (PPy) was used as an immobilization matrix and the combination of PPy modified interdigitated micro-electrode with impedance measurements yielded a sensitive label-free biosensor which was able to detect DNA. The IDE prepared by thick-film technology is sensitive, rapid and cost effective. The electrical detection of 100 pM concentration of DNA immobilized onto the PPy modified gold IDE was achieved, with an IDE width of 400μm.

PL

W ostatnich latach wiele publikowano na temat przetworników elektrochemicznych do różnych zastosowań, między innymi do diagnostyki chorób zakaźnych, detekcji związków chemicznych, hybrydyzacji DNA i detekcji patogenicznych mikroorganizmów. Monitorowanie żywności i wody w czasie rzeczywistym ma globalnie wysoki priorytet a obecność patogenicznych organizmów jest szczególnie ważnym zagadnieniem w badaniach środowiska. Chociaż zastosowano różne miary do monitorowania jakości żywości, takie jak zasady dobrej praktyki rolniczej [1, 2], zasady dobrej praktyki produkcyjnej [2, 3], system analizy zagrożeń i krytycznych punktów kontroli (HACCP) [4, 5] system kodów do znakowania żywności [6], ciągle pojawiają się raporty o wybuchach epidemii. Przedmiotem pracy jest projekt głowicy czujnika do zastosowania w podręcznym elektrochemicznym analizatorze do detekcji w czasie rzeczywistym zmiennych środowiskowych z uwzględnieniem patogenicznych mikroorganizmów. Cienkowarstwową międzypalczastą złotą elektrodę (IDE), wykonaną techniką sitodruku, zastosowano jako czujnik do detekcji DNA występującego w żywności patogenu Bacillus cereus. Zastosowanie Polypynole (PPy) jako matrycy immobilizującej i połączenie modyfikowanej za pomocą PPy międzypalczastej mikroelektrody z pomiarami impedancji dało czuły biosensor, który jest zdolny do detekcji DNA. Elektroda IDE wykonana w technologii cienkowarstwowej jest czuła, szybka i tania. Uzyskano elektryczną detekcję 100 pM koncentracji DNA immobilizowanego na zmodyfikowanej przez PPy złotej IDE, o szerokości 400μm.

Słowa kluczowe

EN

electrochemical sensor; impedance analyzer; biosensor; DNA

PL

przetworniki elektrochemiczne; analizator impedancji; biosensor; DNA

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 53, nr 1
• Strony: 11--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., wykr.

Twórcy

autor

Velusamy V.

autor

Arshak K.

autor

Korostynska O.

autor

Adley C.

• Department of Electronic and Computer Engineering, University of Limerick, Limerick, Ireland

Bibliografia

• [1] Kay D., J. Crowther, L. Fewtrell, C. A. Francis, M. Hopkins, C. Kay, A. T. McDonald, C. M. Stapleton, J. Watkins, J. Wilkinson, and M. D. Wyer:: Quantification and control of microbial pollution from agriculture: a new policy challenge? Environmental Science & Policy, vol. 11, Apr 2008, pp. 171-184.
• [2] Umali-Deininger D., M. Sur: Food safety in a globalizing world: opportunities and challenges for India. Agricultural Economics, vol. 37, Dec 2007, pp. 135-147.
• [3] Mucchetti G., B. Bonvini, S. Francolino, E. Neviani, and D. Carminati: Effect of washing with a high pressure water spray on removal of Listeria innocua from Gorgonzola cheese rind. Food Control, vol. 19, May 2008, pp. 521-525.
• [4] Jin S. S., J. Zhou, and J. Ye: Adoption of HACCP system in the Chinese food industry: A comparative analysis. Food Control, vol. 19, Aug 2008, pp. 823-828.
• [5] Taylor E.: A new method of HACCP for the catering and food service industry. Food Control, vol. 19, Feb 2007, pp. 126-134.
• [6] Piatek D. R., D. L. J. Ramaen: Method for controlling the freshness of food products liable to pass an expiry date, uses a barcode reader device that reads in a conservation code when a product is opened and determines a new expiry date which is displayed. PIATEK D R (PIAT-Individual) RAMAEN D L J (RAMA-Individual), 2001.
• [7] Huang Q., H. Y. Liu, and B. Fang: Development of Electrochemical DNA Biosensors. Progress in Chemistry, vol. 21, May 2009, pp. 1052-1059.
• [8] Wei D., M. J. A. Bailey, P. Andrew, and T. Ryhaenen: Electrochemical biosensors at the nanoscale. Lab on a Chip, vol. 9, 2009, pp. 2123-2131.
• [9] Pedrero M., S. Campuzano, and J. M. Pingarron: Electroanalytical Sensors and Devices for Multiplexed Detection of Foodborne Pathogen Microorganisms. Sensors, vol. 9, Jul 2009, pp. 5503-5520.
• [10] Velusamy V., K. Arshak, O. Korostynska, K. Oliwa, and C. Adley: An overview of foodborne pathogen detection: In the perspective of biosensors. Biotechnology Advances, vol. 28, 2010, pp. 232-254.
• [11] Velusamy V., K. Arshak, O. Korostynska, K. Oliwa, and C. Adley: Design of a real time biorecognition system to detect foodborne patho-gens-DNA Biosensor, in 4th IEEE Sensors Applications Symposium, New Orleans, LA, USA, 2009, pp. 38-12.
• [12] Heo J. and S. Z. Hua: An Overview of Recent Strategies in Pathogen Sensing. Sensors, vol. 9, Jun 2009, pp. 4483-4502.
• [13] Melton S. J., H. N. Yu, K. H. Williams, S. A. Morris, P. E. Long, and D. A. Blake: Field-based detection and monitoring of uranium in contaminated groundwater using two immunosensors. Environmental Science & Technology, vol. 43, 2009, pp. 6703-6709.
• [14] Jayanta C., B. Malay, and B. Debadin: Anthrax and bio-terrorism. Biomedical & Pharmacology Journal, vol. 1, 2008, pp. 315-324.
• [15] Aubeck R., C. Eppelsheim, C. Brauchle, and N. Hampp: Potentiometric thick-film sensor for the determination of the tumor-marker bound sialic-acid. Analyst, vol. 118, Nov 1993, pp. 1389-1392.
• [16] Adley C., K. Arshak, C. Molnar, K. Oliwa, and V. Velusamy: Design of specific DNA primers to detect the Bacillus cereus group species. In 4th IEEE Sensors Applications Symposium, New Orleans, LA, USA, 2009, pp. 206-209.
• [17] Devreux F., F. Genoud, M. Nechtschein, and B. Villeret: Electronspin-resonance investigation of polarons and bipolarons in conducting polymers - the case of polypyrrole. Synthetic Metals, vol. 18, Feb 1987, pp. 89-94.
• [18] Rodriguez M. I. and E. C. Alocilja: Embedded DNA-polypyrrole biosensor for rapid detection of Escherichia coli. IEEE Sensors Journal, vol. 5, Feb 1987, pp. 733-736.