sovellutuksia Analyyttisen kemian ja bioanalytiikan laboratorio, CEMIS-Oulu FT Pekka Kilpeläinen, 29. helmikuuta 2012

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "sovellutuksia Analyyttisen kemian ja bioanalytiikan laboratorio, CEMIS-Oulu FT Pekka Kilpeläinen, 29. helmikuuta 2012"

Liisa Nurminen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Biosensoreiden nykyisiä ja tulevia sovellutuksia Analyyttisen kemian ja bioanalytiikan laboratorio, CEMIS-Oulu FT Pekka Kilpeläinen, 29. helmikuuta 2012

2 Biosensoritutkijan työkalupakkia TYÖELEKTRODI 1.0 Reflection coefficient VASTAELEKTRODI VERTAILUELEKTRODI ODE Sensor surface Ir R= Ii Δ R θ

3 Biosensorien sovellutusalueet Terveydenhuolto Vieridiagnostiikka (point-of-care) Kotidiagnostiikka Ympäristömittaukset Prosessiteollisuus Turvallisuus- ja puolustusvoimat t Tutkimuslaboratoriot Kaikista sovellutusalueista on nähtävissä, että sensoreita käytetään siellä, missä nopeita mittauksia tarvitaan kenttäolosuhteissa Tutkimuksen suuntia viime vuosina: Miniaturization, microchips Pyrkimys monikäyttöisiin alustoihin Ennakoituja uusia sovellutusalueita ilmakehä ja avaruus, sekä autot/ajoneuvot

sensoreita käytetään siellä, missä nopeita mittauksia tarvitaan kenttäolosuhteissa Tutkimuksen suuntia viime vuosina:

4 Mitä on vielä tutkittava, mihin kehitys vie tulevaisuudessa Monitoimiset sensorit, monikäyttöiset alustat (integrated biosensing platforms) Lab-on-chip sensorit (tutkimusta jo nyt paljon) Langaton tiedonsiirto Puutteita kaupalliseen soveltamiseen: Osalla biomolekyylejä kestävyys sensorissa liian heikko Pitkän aikavälin stabiilisuus voi olla puutteellinen Joissakin tapauksissa vaaditaan liian monimutkaisia esikäsittelyjä Miniaturisaatio vielä teknisesti haasteellista sta Osa sensoreista liian kalliita, varsinkin jos tarkoitus olla kertakäyttöisiä Lisää herkkyyttä joihinkin sovellutuksiin, lyhyempi mittausaika myös Osaa näistäkin ongelmista voidaan poistaa/auttaa sopivilla tulostusratkaisuilla.

puutteellinen Joissakin tapauksissa vaaditaan liian monimutkaisia esikäsittelyjä Miniaturisaatio vielä teknisesti haasteellista sta Osa sensoreista liian kalliita, varsinkin

5 Tutkimista myös aivan käytännön ongelmissa Ns. kahvikuppirenkaan dilemma Normaali tilanne Hokkuspokkusta vaan Satu ja Elisa

6 Sovellutusalueiden kaupallinen arvo Maailmanmarkkinoiden arvo nykyään noin 10 miljardia dollaria Arvoksi 2016 arvioitu 16 miljardia dollaria

7 Analyyttisen kemian ja bioanalytiikan laboratorio Yksi CEMIS-Oulun kolmesta tutkimusryhmästä, sijaitsee Sotkamossa. Tärkein painopistealue bioanturit ja bioanalytiikka. Biosensoritutkimuksen henkilökunta Uusimmat tulokkaat Maarit Adama, Vesa, Satu, Mika, Adiba, Pekka, Pirkko ja Susanna Maija

Tärkein painopistealue bioanturit ja bioanalytiikka.

8 Ihmisfysiologiset mittaukset; miksi sylki? Helppo, ei-invasiivinen näytteenotto aiheuttamatta stressiä ja epämiellyttävyyttä. Hyvä korrelaatio veri- ja seeruminäytteisiin. Kiinnostavat yhdisteet Vasta-aine IgA α-amylaasi Indikoi tulehduksia ja immunologisia muutoksia Fysiologinen stressi C-reaktiivinen kii i proteiini i(crp) Tlhdk Tulehduksen biomarkkeri i Kortisoli Laktaatti Insuliini Stressihormoni, stressistä palautuminen ja ylirasitus Anaerobinen metabolia Ravinnon glykeminen indeksivaste ja resistanssi Ensyymeihin pohjautuvat sähkökemialliset sensorit toimineet todella erinomaisesti immunosensoreissa syljen matriksivaikutus teettää enemmän työtä

Kiinnostavat yhdisteet Vasta-aine IgA α-amylaasi Indikoi tulehduksia ja immunologisia muutoksia Fysiologinen stressi C-reaktiivinen kii i proteiini i(crp) Tlhdk

9 α-amylaasin y määrittäminen Prussian Blu ue PB (red) O 2 OH - GOD β-d-glucose α-d-glucose Mutarotas se e - PB H2O2 Gluconic (ox) β-d-glucose Acid α-gd Maltotriose (G3) + Maltose (G2) α-d-glucose + β-d-glucose α-amylas se Maltopentose Maltose (G2) + Maltotriose (G3) Reaktioketju määrityksessä

β-d-glucose Acid α-gd Maltotriose (G3) + Maltose (G2) α-d-glucose +

10 Farmakologisten yhdisteiden määrittäminen SPR gold surface modified with protein-analyte conjugate for antibody capture Δ Intensity Response e-3 1e-2 1e-1 1e+0 1e+1 1e+2 1e+3 1e+4 1e+5 Substance A pg/ml [Cocaine] pg/ml

06 0.05 Δ Intensity Response 0.04 0.03 0.02 0.01 0.

11 Ympäristömittaukset Race-hanke: Nopeat ja kustannustehokkaat menetelmät ympäristölle haitallisten yhdisteiden mittaamiseksi jätevesistä Lisäksi kehitystyötä kaivannaisteollisuuden tarpeisiin Raskasmetallien (Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, Co, Mn jne) elektrokemiallisen k lli määrityksen etuja verrattuna muihin tekniikoihin (AAS, ICP): nopeus, herkkyys, selektiivisyys, yksinkertaisuus, edullisuus, online-mittaus, soveltuvuus kenttäkäyttöön. µa 10 Pb Cu 8 6 Curren nt Potential ti Kuparin ja lyijyn määrittäminen samasta näytteestä V Kuparin määrittäminen vesinäytteestä

verrattuna muihin tekniikoihin (AAS, ICP): nopeus, herkkyys, selektiivisyys, yksinkertaisuus, edullisuus, online-mittaus, soveltuvuus

12 Teollisuusprosessit Kaivannaisteollisuus oli jo esillä edellisellä kalvolla. Bioenergia / biopolttoaineet Paperiteollisuus Mikrobidiagnostiikka ja mikrobimääritykset yksi laboratorion kiinnostuksen kohteita muutoinkin kuin biosensoritutkimuksessa Aivan kuin mikä tahansa laboratorio Tuotantotilaa olisi

mikrobimääritykset yksi laboratorion kiinnostuksen kohteita muutoinkin kuin

13 Kehityssuuntia CEMIS-Oulussa Mitä tavoitteena tai olisi hyödyksi: Mahdollisuus tulostaa biotunnistavia pintoja Molekyylimerkityt y polymeerit (Molecularly imprinted polymers) Yhteistyötä vasta-aineiden tuottajien kanssa (Taylor-made antibodies?) Toimiva verkosto tutkimuslaitoksista tai ryhmistä, jotka työskentelevät sellaisten asioiden kanssa, joita biosensoreissa pystytään soveltamaan ja hyödyntämään. Biosensoritutkimus on jo synnynnäisesti poikkitieteellinen ala, ja tyypillisesti sellainen, jolle esim. kansainväliset verkostot ovat hyödyllisiä.

) Toimiva verkosto tutkimuslaitoksista tai ryhmistä, jotka työskentelevät sellaisten asioiden kanssa, joita biosensoreissa pystytään

14 Julkaisuja Arvinte, A., Sesay, AM. & Virtanen, V. (2011) Carbohydrates electrocatalytic oxidation using CNT-NiCo-oxide modified electrodes. Talanta 84 (1): () (analyyttinen kemia 11/73). Arvinte, A., Mahosenaho, M., Pinteala, M., Sesay, AM. & Virtanen, V. (2011) Electrochemical oxidation of p-nitrophenol using graphenemodified electrodes, and a comparison to the performance of MWNTbased electrodes. Microchimica Acta, 174: (analyyttinen kemia 24/73). Arvinte, A., Westermann, AC., Sesay, AM. & Virtanen, V. (2010) Electrocatalytic oxidation and determination of insulin at CNT-nickelcobalt-oxide modified electrode. Sensors and Actuators B 150 (2): (analyyttinen kemia 13/73). Mahosenaho, M., Caprio, F., Micheli, L., Sesay, AM., Palleschi, G. &Virtanen, V. (2010) A disposable biosensor for the determination of alpha-amylase in human saliva. Microchimica Acta, 170(3/4): (analyyttinen kemia 24/73).

(2011) Electrochemical oxidation of p-nitrophenol using graphenemodified electrodes, and a comparison to the performance of MWNTbased electrodes.

15 Eikä kaikki sitten kuitenkaan ole niin yksinkertaista

Samankaltaiset tiedostot

Biosensoreiden uudet sovellusalueet teollisuuden mittauksissa

Biosensoreiden uudet sovellusalueet teollisuuden mittauksissa Vesa Virtanen Biotekniikan laboratorio Kajaanin yliopistokeskus Miksi kiinnostus biosensoreihin? Biosensorit ovat: Tärkeitä työkaluja kliinisessä