KFUPM ePrints

Design and Fabrication of Immunochromatographic Strip Biosensor for Breast Cancer Protein Biomarkers Analysis

l Design and Fabrication of Immunochromatographic Strip Biosensor for Breast Cancer Protein Biomarkers Analysis. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF - Accepted Version
Restricted to Abstract Only until 18 January 2015.

4Mb

Arabic Abstract

هذه الرسالة تعرض تصميم وتصنيع نوعين من الحساسات المناعية الحيوية وهما الحساس المناعي الكهروكيميائي ذو الجسيمات المغناطيسية و الحساس الكرموتغرافيا المناعي وكلا الحساسين يمكن استخدامها بتطبيقات تحليلية متنوعة. لتصميم الحساس المناعي الكهروكيميائي ذو الجسيمات المغناطيسية تم اختيار مولد الضد الغلُوبولين المَناعِيّ نمط ج ) غ م ج( مُولد بمصل دم أرنب كهدف. لتحضير الحساس البيولوجي تم تحضير محلول الجسيمات المغناطسية المطلية بالستربتدوفيدين واسُتخدام غلوبولين مناعي نمط ج مرتبط بالبيوتين إضافة لغلوبولين المناعي نمط ج مرتبط بإنزيم الفوسفتيز القلوي لتشكيل مركب السندويش المناعي وإنتاج ألفا نفثول بعد إضافة ألفا نفثيل الفوسفات. لتحديد ألفا نفثول قد تم استخدام تقنية الفولتومتري الدائري و الفولتومتري الموجة المربعة لتحديد الكمي والكيفي. أما بالنسبة للقطب فقد تم استخدام قطب الغرافيت الرصاصي الذي يتميز بخصائص متعددة مثل الحساسية وإمكانية تجديد السطح وانخفاض التكلفة وسهولة الاستخدام. قد أجريت دراسة الشروط المثلى للحساس للشروط الحيوية و الشروط الكهروكيميائية وكنتيجة تم بنجاح تصنيع الحساس الحيوي وتحديد المادة الهدف بمستوى تحليل كمي 1 نانوغرام \ مل ومستوى تعيين 0.16 نانوغرام \ مل ودرجة تكرار التحليل بانحراف معياري نسبي أقل من 4 %. وبهذا فإن تصميم الحساس البيولوجي الكهركيميائي قد تم بنجاح إضافة لإمكانيات ملحوظة لتطوير الحساس البيولوجي وتحسين أداه. الجزء الثاني من البحث يدور حول إنتاج حساس بيولوجي من نمط شرائح الكروموتغرافيا المناعية كأداة سهلة وقليلة التكلفة وسهلة الاستعمال للتحليل. الحساس المصمم يمكن استخدامه لتحليل مولد الضد الغلُوبولين المَناعِيّ نمط ج ) غ م ج( مُولد بمصل دم أرنب. تصميم الحساس تم على عدة مراحل بداية من تصنيع جسيمات نانو لمعدن الذهب )بقياس 11 نانومتر( ثم تم تصميم شريحة الحساس بمعالجة الأغشية المستخدمة وتطبيق الرش للمواد الحيوية على الأغشية متبوعة بتجميع الأغشية وتقطيع الشريحة الناتجة إلى شرائح متساوية بالحجم والعرض. لتطوير أداء الحساس فقد تم دراسة الشروط المثلى للمحاليل والأغشية المستخدمة. والحساس المصمم قد نجح في تحليل المادة الهدف لمولد الضد الغلُوبولين المَناعِيّ نمط ج ) غ م ج( مُولد بمصل دم أرنب بمستوى تحليل كمي 1 نانوغرام \مل ومستوى تعيين 4.48 نانوغرام \مل ودرجة تكرار التحليل بانحراف معياري نسبي بقيمة 4.4 %. ميزات الحساس البيولوجي المصمم تمكن من استخدامه في العديد من التطبيقات مثل تشخيص المبكر لسرطان الثدي إضافة لسرعة التحليل وإمكانية استخدامه بالمخابر والمستشفيات وحتى في المنازل بشكل شخصي.

English Abstract

current research work explores the design and fabrication of two types of immunosensor magnetic beads based electrochemical immunosensor and lateral-flow chromatographic strip that can be used for various sensing and analytical applications. To fabricate the magnetic beads based electrochemical immunosensor, the rabbit IgG antigen was used as a model. After preparation of the streptavidin-coated magnetic beads solution, we used biotinylated anti-rabbit IgG followed with alkaline phosphatase conjugated anti-rabbit IgG to form the sandwich compound and produce α–naphthol after adding α- naphthyl phosphate substrate. To detect the product of α–naphthol and transduce the biosensor signal, electrochemical analysis is selected using both of cyclic and square wave voltammetry techniques for the qualitative and quantitative detections. Graphite pencil electrode as a working electrode characterized with many advantages like high selectivity, renewable surface, low cost and simplicity of use is chosen to achieve a high signal for α– naphthol electrooxidation. The optimization study is done in both sides of biosensor design and electrochemical detection. As a result, the detection was achieved successfully with a relative standard deviation below 4%. Besides, the sensor allows the limit of quantification of 1 ng/ml and the detection limit (at 3σ) was estimated to be 0.16 ng/ml. The biosensor as recorded in this work achieves the detection target with a remarkable outcome and distinct future potential enhancement. The second part of research is the design and fabrication of a low-cost, simple, easy-to-use without complex and expensive instrumentation, and disposable dry biosensor (lateral-flow chromatographic strip) that can be used for rabbit IgG detection. The work was achieved on many steps, starting with synthesize of AuNPs (size of 15 n.m) followed by the fabrication process of gold nanoparticles-based dry immunosensor includes pretreatment of membranes and applied biojet chemical system, batch laminating system and the guillotine cutting system. For quantitative detection, the strip portable reader used to record the signal. To develop the performance of the lateral flow produced strip, the optimization was achieved over many components, membranes and solutions used in the preparation. The detection was achieved successfully with a relative standard deviation equals 4.4%. Besides, the sensor allows the limit of quantification of 1 ng/ml and the limit of detection (at 3σ) was estimated to be 0.48 ng/ml. The features of the fabricated biosensors make such biosensors ideal for applications in breast cancer early diagnosis, rapid screening, point-of-care (POC) detection in hospital laboratories, and even for near-patient or home testing.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Chemistry
Divisions:College Of Sciences > Chemistry Dept
Committee Advisor:Kawde, Abdel-Nasser
Committee Members: Abulkibash, Abdullah and Tawfik, Saleh
ID Code:139091
Deposited By:MAHFOZ WAEL MHD AMEN (g201003760)
Deposited On:26 Jan 2014 13:03
Last Modified:26 Jan 2014 13:03

Repository Staff Only: item control page