Development of an affinity-based impedimetric biosensor using gold screen-printed electrodes
Author
Cristea, Daniel-Stefan
Term
4. term
Education
Publication year
2021
Submitted on
2021-06-03
Pages
80
Abstract
This study evaluates screen-printed electrodes as a practical platform for electrochemical biosensors. We compared ways to clean the electrode surface and monitored each functionalization step with electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV), techniques that assess how easily electrons move and how the surface responds to voltage changes. To probe electron-transfer (faradaic) behavior, we used the ferro-/ferricyanide redox couple and two ferrocene derivatives: ferrocenecarboxylic acid and 1,1'-ferrocenedimethanol. We formed self-assembled monolayers (SAMs)—single-molecule-thick films—of 11-mercaptoundecanoic acid and mixed 11-mercaptoundecanoic acid/6-mercapto-1-hexanol from solution. An initial optimization minimized solvent damage to the working electrode by testing different incubation times and ethanol concentrations. Anti-NGAL monoclonal antibodies were then attached to the monolayer through a two-step EDC/NHS coupling, in which EDC acts as a cross-linker and NHS accelerates bond formation. We observed that cyanide ions can etch (chemically roughen and dissolve) gold electrodes when EIS and CV are performed in ferro-/ferricyanide solutions, which can alter measurement results. Electrostatic interactions between the redox probes and the surface at different stages of functionalization had a strong impact on the EIS spectra. Calibration curves were built by plotting changes in charge-transfer resistance after incubation with different AG concentrations (as labeled in the study), and we determined the limit of detection (LOD), limit of quantification (LOQ), and dynamic linear range for two biosensing approaches. Together, these results clarify how surface preparation, choice of redox probe, and measurement conditions affect biosensor signals and performance.
Denne undersøgelse evaluerer skærmtrykte elektroder som en praktisk platform for elektrokemiske biosensorer. Vi sammenlignede metoder til at rense elektrodefladen og fulgte hvert funktionaliseringstrin med elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) og cyklisk voltammetri (CV), teknikker der måler, hvor let elektroner bevæger sig, og hvordan overfladen reagerer på spændingsændringer. For at undersøge elektronoverførsel (faradaisk adfærd) brugte vi ferro-/ferricyanid-redoxparret og to ferrocen-derivater: ferrocenecarboxylsyre og 1,1'-ferrocendimethanol. Vi dannede selvmonterede monolag (SAM'er)—enkeltmolekyle-tykke film—af 11-mercaptoundecansyre samt blandede monolag af 11-mercaptoundecansyre/6-mercapto-1-hexanol fra opløsning. En indledende optimering minimerede opløsningsmidlets skade på arbejdselektroden ved at teste forskellige inkubationstider og ethanolkoncentrationer. Anti-NGAL monoklonale antistoffer blev derefter bundet til monolaget via en to-trins EDC/NHS-kobling, hvor EDC fungerer som tværbinder, og NHS fremmer bindingsdannelsen. Vi observerede, at cyanidioner kan ætse guldelektroder, når EIS og CV udføres i ferro-/ferricyanidopløsninger, hvilket kan påvirke måleresultaterne. Elektrostatiske interaktioner mellem redoxproberne og overfladen på forskellige funktionaliseringstrin havde stor indflydelse på de optagne EIS-spektre. Kalibreringskurver blev etableret ved at plotte ændringer i ladningsoverførselsmodstand efter inkubation med forskellige AG-koncentrationer (som benævnt i studiet), og vi bestemte detektionsgrænse (LOD), kvantificeringsgrænse (LOQ) og det dynamiske lineære område for to biosensor-tilgange. Samlet set tydeliggør resultaterne, hvordan overfladeforberedelse, valg af redoxprobe og målebetingelser påvirker biosensorsignaler og ydeevne.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords