In this work, a flexible biosensor platform based on impedance spectroscopy and comprising of gold electrodes, polymeric flow cells and a suitable surface modification were developed. Initially, several surface modification techniques described in literature were implemented and optimized for impedimetric biosensors but their individual limitations rendered them unsuitable for this biosensor platform. A novel method based on photobleaching was developed and tested showing satisfactory results

Pires Carneiro, Leonardo

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L. PIRES CARNEIRO Biosensor Platf orm and a Suitable Surface Modifi cati on LEONARDO PIRES CARNEIRO  SCHRIFTEN DES INSTITUTS FÜR MIKROSTRUKTURTECHNIK AM KARLSRUHER INSTITUT FÜR TECHNOLOGIE (KIT)Band 27Development of an Electrochemical Biosensor Platf orm and a Suitable Low-Impedance Surface Modifi cati on Strategy Leonardo Pires CarneiroDevelopment of an Electrochemical Biosensor  Platform and a Suitable Low-Impedance Surface  Modification StrategyEine Übersicht aller bisher in dieser Schriftenreihe erschienenen  Bände finden Sie am Ende des Buchs.Schriften des Instituts für Mikrostrukturtechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Band 27Hrsg. Institut für MikrostrukturtechnikDevelopment of an Electrochemical Biosensor Platform and a Suitable Low-Impedance  Surface Modification Strategyby Leonardo Pires Carneiro Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)Fakultät für MaschinenbauTag der mündlichen Prüfung: 19. August 2014Hauptreferent: Prof. Dr. Volker SaileKorreferent: Prof. Dr. Axel RosenhahnPrint on Demand 2014ISSN 1869-5183ISBN 978-3-7315-0272-2DOI 10.5445/KSP/1000043414This document – excluding the cover – is licensed under the Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 DE License  (CC BY-SA 3.0 DE): http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/The cover page is licensed under the Creative Commons  Attribution-No Derivatives 3.0 DE License (CC BY-ND 3.0 DE): http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/de/ImpressumKarlsruher Institut für Technologie (KIT)  KIT Scientific Publishing Straße am Forum 2 D-76131 KarlsruheKIT Scientific Publishing is a registered trademark of Karlsruhe  Institute of Technology. Reprint using the book cover is not allowed. www.ksp.kit.eduDevelopment of an Electrochemical BiosensorPlatform and a Suitable Low-ImpedanceSurface Modification Strategy Zur Erlangung des akademischen GradesDoktor der Ingenieurwissenschaften der Fakultät für Maschinenbau Karlsruher Institut für Technologie (KIT) genehmigteDissertation von M. Sc. Leonardo Pires Carneiro    Tag der mündlichen Prüfung: 19.08.2014 Hauptreferent: Prof. Dr. Volker Saile Korreferent: Prof. Dr. Axel Rosenhahn	  	  Eigentlich	  weiß	  man	  nur,	  wenn	  man	  wenig	  weiß.	  	  Mit	  dem	  Wissen	  wächst	  der	  Zweifel.	  Johann	  Wolfgang	  von	  Goethe	  	  Acknowledgement	  This	  work	  was	  created	  during	  my	  activities	  at	  the	  Institute	  of	  Microstruc-­‐ture	  Technology	  at	  Karlsruhe	  Institute	  of	  Technology.	  I	   thank	   Professor	  Dr.	   Volker	   Saile	   and	   Professor	  Dr.	   Andreas	  Guber	   for	  the	  possibility	  to	  conduct	  this	  work	  under	  their	  supervision.	  I	  also	  thank	  Professor	  Dr.	  Axel	  Rosenhahn	  for	  assuming	  the	  role	  of	  second	  reviewer.	  	  My	  special	  thank	  you	  goes	  to	  my	  advisor	  Dr.	  Bastian	  E.	  Rapp,	   I	  couldn’t	  have	  asked	  for	  a	  better	  advisor!	  The	  joy	  und	  unwavering	  enthusiasm	  he	  has	  for	  research	  were	  contagious	  and	  always	  motivating,	  even	  during	  the	  toughest	  times	  of	  my	  Ph.	  D.	  I	  am	  also	  very	  grateful	  to	  Dr.	  Gary	  Davidson	  for	  his	  advising	  in	  the	  many	  biological	  questions.	  I	  would	  like	  to	  show	  my	  gratitude	   to	  Nico	  Braunegger	   for	  his	   time	  and	  great	  help	  with	   the	   fluo-­‐rescence	  microscopy	  samples.	  I	   would	   like	   to	   thank	   all	   my	   colleagues	   for	   their	   support,	   encouraging	  discussions	  and	  fun	  times	  we	  had.	  Doro	  thank	  you	  for	  the	  brilliant	  idea!	  I	   also	   acknowledge	   Karlsruhe	   House	   of	   Young	   Scientists	   (KHYS)	   for	   the	  funding	  of	  my	  stay	  abroad.	  I	   am	   also	   very	   grateful	   to	   my	   friends	   which	   supported	  me	   during	   this	  journey.	  Lastly,	  I	  would	  like	  to	  thank	  my	  family	  for	  their	  love	  and	  encouragement.	  Especially	   to	   my	   mother	   for	   her	   unconditional	   support	   and	   love	   of	  science	   and	  my	  brother	   for	   always	   being	   there	   for	  me	   and	  making	  me	  laugh	  even	  after	  a	  frustrating	  day.	  IIIIIIIVVVI VIIHerausgeber: Institut für Mikrostrukturtechnik Band 1 Georg Obermaier Research-to-Business Beziehungen: Technologietransfer durch Kommunikation von Werten (Barrieren, Erfolgsfaktoren und Strategien). 2009 ISBN 978-3-86644-448-5Band 2 Thomas Grund Entwicklung von Kunststoff-Mikroventilen im Batch-Verfahren. 2010 ISBN 978-3-86644-496-6Band 3 Sven Schüle Modular adaptive mikrooptische Systeme in Kombination  mit Mikroaktoren. 2010 ISBN 978-3-86644-529-1Band 4 Markus Simon Röntgenlinsen mit großer Apertur. 2010 ISBN 978-3-86644-530-7Band 5 K. Phillip Schierjott Miniaturisierte Kapillarelektrophorese zur kontinuierlichen Über - wachung von Kationen und Anionen in Prozessströmen. 2010 ISBN 978-3-86644-523-9Band 6 Stephanie Kißling Chemische und elektrochemische Methoden zur Oberflächenbe-arbeitung von galvanogeformten Nickel-Mikrostrukturen. 2010 ISBN 978-3-86644-548-2Die Bände sind unter www.ksp.kit.edu als PDF frei verfügbar  oder als Druckausgabe zu bestellen. Schriften des Instituts für Mikrostrukturtechnikam Karlsruher Institut für Technologie (KIT)ISSN 1869-5183Schriften des Instituts für Mikrostrukturtechnikam Karlsruher Institut für Technologie (KIT)ISSN 1869-5183Band 7 Friederike J. Gruhl Oberflächenmodifikation von Surface Acoustic Wave (SAW)  Biosensoren für biomedizinische Anwendungen. 2010 ISBN 978-3-86644-543-7Band 8 Laura Zimmermann Dreidimensional nanostrukturierte und superhydrophobe  mikrofluidische Systeme zur Tröpfchengenerierung und  -handhabung. 2011 ISBN 978-3-86644-634-2Band 9 Martina Reinhardt Funktionalisierte, polymere Mikrostrukturen für die  drei dimensionale Zellkultur. 2011 ISBN 978-3-86644-616-8Band 10 Mauno Schelb Integrierte Sensoren mit photonischen Kristallen auf  Polymer basis. 2012 ISBN 978-3-86644-813-1 Band 11 Daniel Auernhammer Integrierte Lagesensorik für ein adaptives mikrooptisches  Ablenk system. 2012 ISBN 978-3-86644-829-2Band 12 Nils Z. Danckwardt  Pumpfreier Magnetpartikeltransport in einem Mikroreaktions-system: Konzeption, Simulation und Machbarkeitsnachweis. 2012 ISBN 978-3-86644-846-9Band 13 Alexander Kolew   Heißprägen von Verbundfolien für mikrofluidische  Anwendungen. 2012 ISBN 978-3-86644-888-9Schriften des Instituts für Mikrostrukturtechnikam Karlsruher Institut für Technologie (KIT)ISSN 1869-5183Band 14 Marko Brammer   Modulare Optoelektronische Mikrofluidische Backplane. 2012 ISBN 978-3-86644-920-6Band 15 Christiane Neumann Entwicklung einer Plattform zur individuellen Ansteuerung von Mikroventilen und Aktoren auf der Grundlage eines Phasenüber-ganges zum Einsatz in der Mikrofluidik. 2013 ISBN 978-3-86644-975-6Band 16 Julian Hartbaum Magnetisches Nanoaktorsystem. 2013 ISBN 978-3-86644-981-7Band 17 Johannes Kenntner Herstellung von Gitterstrukturen mit Aspektverhältnis 100 für die Phasenkontrastbildgebung in einem Talbot-Interferometer. 2013 ISBN 978-3-7315-0016-2Band 18 Kristina Kreppenhofer  Modular Biomicrofluidics - Mikrofluidikchips im Baukastensystem  für Anwendungen aus der Zellbiologie. 2013 ISBN 978-3-7315-0036-0 Band 19 Ansgar Waldbaur Entwicklung eines maskenlosen Fotolithographiesystems zum Einsatz im Rapid Prototyping in der Mikrofluidik und zur gezielten Oberflächenfunktionalisierung. 2013 ISBN 978-3-7315-0119-0Band 20 Christof Megnin Formgedächtnis-Mikroventile für eine fluidische Plattform. 2013 ISBN 978-3-7315-0121-3Schriften des Instituts für Mikrostrukturtechnikam Karlsruher Institut für Technologie (KIT)ISSN 1869-5183Band 21 Srinivasa Reddy Yeduru Development of Microactuators Based on  the Magnetic Shape Memory Effect. 2013 ISBN 978-3-7315-0125-1Band 22 Michael Röhrig Fabrication and Analysis of Bio-Inspired Smart Surfaces. 2014 ISBN 978-3-7315-0163-3 Band 23 Taleieh Rajabi Entwicklung eines mikrofluidischen Zweikammer- Chipsystems mit integrierter Sensorik für die Anwendung  in der Tumorforschung. 2014 ISBN 978-3-7315-0220-3 Band 24 Frieder Märkle Laserbasierte Verfahren zur Herstellung hochdichter  Peptidarrays. 2014 ISBN 978-3-7315-0222-7Band 25 Tobias Meier Magnetoresistive and Thermoresistive Scanning  Probe Microscopy with Applications in Micro- and  Nanotechnology. 2014 ISBN 978-3-7315-0253-1Band 26 Felix Marschall Entwicklung eines Röntgenmikroskops für  Photonenenergien von 15 keV bis 30 keV. 2014 ISBN 978-3-7315-0263-0Band 27 Leonardo Pires Carneiro Development of an Electrochemical Biosensor Platform and a  Suitable Low-Impedance Surface Modification Strategy. 2014 ISBN 978-3-7315-0272-2In this work, a fl exible biosensor platf orm based on impedance spectroscopy was designed, implemented and opti mized. Components such as the gold electrodes used were made completely in house by means of standard pho-tolithography and gold etching. Diff erent confi gurati ons of the silicone fl ow cells were created and opti mized along this work.Surface modifi cati on plays the most important part in a biosensor as it is responsible for providing the functi onal groups to immobilize the ligands and for the suppression of nonspecifi c adsorpti on. Initi ally several techniques de-scribed in literature were implemented, tested and opti mized for impedi-metric biosensors but their individual limitati ons rendered them unsuitable for this biosensor. A novel method based on photobleaching was developed and tested showing sati sfactory results.L. PIRES CARNEIRO Biosensor Platf orm and a Suitable Surface Modifi cati onLEONARDO PIRES CARNEIRO Development of an Electrochemical Biosensor Platf orm and a Suitable Low-Impedance Surface Modifi cati on StrategyISSN 1869-5183 ISBN 978-3-7315-0272-2 9 783731 502722ISBN 978-3-7315-0272-2

Development of an Electrochemical Biosensor Platform and a Suitable Low-Impedance Surface Modification Strategy

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