Studies on application of quantum dots for construction of sensors and biosensors

Marcin Drozd

Abstract

The essential aim of realized studies was to examine the influence of various reagents bound to quantum dots forming bioconjugates (mainly proteins) on obtained anodic stripping voltammetry signals of cadmium ions. Complementary to the mentioned subject, optical properties of QD and their conjugates with proteins obtained after several surface biofunctionalization steps were also examined. Review part of presented study contains general information concerning quantum dots with special emphasis placed on their unique properties, which make them an object of research for biomolecule labels. Strategies of surface modification via ligand exchange assuring their stability in aqueous solutions were described. The same chapter contains more detailed description of molecules capable of molecular recognition, which can be labeled by means of QDs such as antibodies, enzymes, peptides and DNA. Advantages as well as drawbacks of the most widely used biomolecules and QDs conjugation methods were considered. Last part focuses on short description of analytical techniques useful for nanocrystals’ signal detection – Anodic Stripping Voltammetry (ASV) and spectrofluorimetry. What is more, a short literature review of biochemical assays with electrochemical or optical detection and quantum dots as labels was also shown. In experimental section subsequent phases of experiments aimed to obtain conjugates of QDs with model protein – bovine serum albumin (capable of fluorescence) were described. Main part covers the results of studies leading to optimization of method of cadmium determination using ASV technique with in situ generated mercury thin film electrode (TFME). The influence of proteins (also enzymes – hypothetical biological recognizing elements or parts of electrochemical assays) on obtained electrochemical signals was examined. The influence was tested both for proteins in native and acid-digested form in samples simulating bioassay after acidic dissolution of QD tracers. Measurements were performed in two different supporting electrolytes. Besides the above experiments, method of elimination of interferences arising from protein presence using sodium dodecyl sulfate was proposed and its effectiveness against different proteins was examined. Significant differences between influences from proteins of interests in native forms, as well as surfactant anti-fouling effectiveness were found. In case of acid-denaturated proteins interferences observed were slightly weaker. Obtained differences arise from structures and properties of examined proteins, what was partly confirmed by scientific literature reports. Last part of experimental section describes results of QD-BSA voltammetric signals studies both before, and after bioconjugates’ acidic degradation. Series of measurements were performed in two types of supporting electrolytes in order to compare obtained signals.
Diploma typeMaster of Science
Author Marcin Drozd ZMB
Marcin Drozd,,
- Department Of Microbioanalytics
Title in PolishBadania nad wykorzystaniem kropek kwantowych do konstrukcji sensorów i biosensorów
Supervisor Elżbieta Malinowska ZMB
Elżbieta Malinowska,,
- Department Of Microbioanalytics
Certifying unitFaculty of Chemistry (FC)
Affiliation unitDepartment Of Microbioanalytics (DM)
Study subject / specializationMikrobioanalityka
Languagepl polski
StatusFinished
Defense Date11-07-2013
Issue date (year)2013
Keywords in Polish-
Keywords in English-
Abstract in PolishZasadniczym celem zrealizowanej pracy było zbadanie wpływu różnych czynników mogących wchodzić w skład koniugatów kropek kwantowych z bioreceptorami na sygnał elektrochemiczny pochodzący od jonów kadmu rejestrowany za pomocą techniki ASV. Poza tym zbadano właściwości optyczne QD i ich koniugatów z białkiem na różnych etapach biofunkcjonalizacji powierzchni. W części literaturowej pracy przedstawiono podstawowe informacje dotyczące kropek kwantowych ze szczególnym uwzględnieniem cech ważnych z punktu widzenia ich wykorzystania jako znaczników. Omówione zostały możliwości modyfikacji powierzchni ligandami zapewniającymi stabilność w roztworze wodnym. Następnie szczegółowo opisano grupy bioreceptorów tj. przeciwciała, enzymy, peptydy czy nici DNA, do których znakowania możliwe jest wykorzystanie kropek kwantowych. Przedstawiono wady i zalety najszerzej wykorzystywanych metod dowiązywania biocząsteczek do powierzchni QD. Końcowa część zawiera krótką charakterystykę technik analitycznych umożliwiających detekcję sygnału kropek kwantowych - woltamperometrii inwersyjnej oraz spektrofluorymetrii. Ponadto przedstawiony został przegląd literatury dotyczącej testów biochemicznych z detekcją optyczną i elektrochemiczną wykorzystujących QD w roli znacznika. W części doświadczalnej opisano etapy badań których celem było utworzenie zdolnych do fluorescencji koniugatów kropek kwantowych z modelowym białkiem - albuminą wołową. Główna część pracy przedstawia rezultaty badań prowadzących do uzyskania optymalnej metody oznaczania jonów kadmu techniką ASV na elektrodzie błonowej generowanej in situ. Zbadany został wpływ szeregu białek i enzymów - potencjalnych bioreceptorów i składników testów z detekcją elektrochemiczną na rejestrowany sygnał prądowy. Sprawdzono wpływ interferencji ze strony białek w formie natywnej oraz po denaturacji kwasowej w warunkach zbliżonych do próbki po roztworzeniu biokoniugatów znakowanych QD. Badania wykonano w dwóch elektrolitach podstawowych. Równolegle sprawdzono skuteczność dodecylosiarczanu sodu (SDS) jako czynnika ograniczającego interferencje białek na pomiar ASV. Następnie oceniono jego skuteczność wobec poszczególnych białek. Stwierdzono znaczące różnice pomiędzy wpływem badanych białek natywnych i nieco mniejsze dla denaturowanych pod wpływem kwasu. Znaczące różnice pomiędzy białkami zaobserwowano podczas badania skuteczności surfaktanta. Uzyskane rozbieżności wynikają prawdopodobnie z różnic w ich budowie i właściwościach, co zostało częściowo wyjaśnione na podstawie doniesień literaturowych. W ostatniej części przedstawiono wyniki badań sygnałów pochodzących od koniugatów QD-BSA przed jak również po ich kwasowej degradacji. Pomiary zostały zrealizowane równolegle w dwóch elektrolitach podstawowych w celu porównania rezultatów.
File
Badania nad wykorzystaniem kropek kwantowych do konstrukcji sensorów i biosensorów.pdf 2.73 MB

Get link to the record
msginfo.png

Back