Dispositius impedimètrics per a la detecció directa de microorganismes

Resum

La detecció de bacteris patògens en medis aquosos és d’alta importància en diversos camps. Un diagnòstic ràpid de la qualitat de les aigües és fonamental per evitar exposar la població a patògens. Els mètodes de detecció tradicionals requereixen períodes d’incubació d’entre 18 a 96 hores i, per tant, fins que no se sàpiguen els resultats hi ha risc d’infecció. Els biosensors es caracteritzen per ser senzills d’utilitzar i per no requerir grans equips per realitzar-ne les mesures. A més, són fàcils d’integrar a sistemes de flux i els resultats es poden obtenir de manera instantània i serien idonis per assolir unes mesures a temps real. Per aquest motiu, en aquest treball es planteja l'ús de biosensors elèctrics basats en impedància no faradaica per assolir l’objectiu de detectar bacteris en medis aquosos. Aquest tipus de biosensors permeten la detecció directa sense la necessitat d’afegir cap reactiu addicional i la distinció entre bacteris vius i morts. Aquest treball de tesi parteix d'un treball previ en el què es proposava la detecció de bacteris mitjançant mesures de la capacitat de la solució (Cs) i s'atribuïa la diferenciació entre cèl·lules vives i mortes a la diferència de volums i propietats elèctriques dels diferents tipus de cèl·lula. En aquesta tesi es fa un replantejament d'aquests estudis i es proposa que la distinció entre cèl·lules vives i mortes recau en la diferència de la conductivitat del seu medi intern i que, com a conseqüència de la seva estructura, les cèl·lules vives poden actuar com a partícules conductores o aïllants en funció de la freqüència en què es mesurin. Partint d'aquestes hipòtesis es plantegen diferents objectius que comprenen des d'estudis mitjançant simulacions per elements finits (FEA), a mesures experimentals amb IDEs de diferents geometries, fins l'obtenció d'un nou dispositiu amb un sistema microfluídic integrat per automatitzar les mesures. Mitjançant estudis de simulacions FEA s'avalua l'afectació que suposa el posicionament del bacteri i la conductivitat del medi de mesura. També s'estudia la relació òptima entre la mida del bacteri i la dels elèctrodes interdigitats. Es realitzen mesures per la detecció d'E coli sobre IDEs de 1.5x1.5 µm i de S. cerevisiae sobre IDEs de 6x6 µm. En les mesures d'E. coli s'observa que aquestes responen seguint un patró espectral d'impedància que és únic i es diferencia de la resposta obtinguda per les mesures d'altres esdeveniments que també alteren la impedància. En canvi, pel cas dels llevats, s'observa que actuen com a partícules purament conductores i s'obté una relació lineal entre la cobertura de l'IDE per llevats i el senyal negatiu de Z. Finalment es realitza el disseny i fabricació d'una nova geometria d'IDE per detectar microorganismes sub-micromètrics. Per aquest nou xip es dissenya un encapsulat amb un sistema microfluídic integrat i un imant amb diferents posicions per facilitat la captació immunomagnètica de la mostra. S'optimitzen tots els paràmetres per realitzar les mesures mitjançant la utilització de tècniques com la microscòpia confocal i, finalment, es realitzen mesures directes i indirectes del bacteri i s'analitza la raó dels diferents resultats obtinguts amb les mesures.

Data del Ajut	2 de set. 2016
Idioma original	Català
Institució adjudicatària	Institut de Microelectrònica de Barcelona
Supervisor	Antonio Baldí Coll (Director/a) & César Sánchez Fernández (Director/a)