Ανάπτυξη συμβατών βιοαισθητήρων για βιοϊατρικές εφαρμογές

Abstract

The current method of clinical diagnosis based on information from the biochemical profile of the patient rely on classic methods of measurement of biochemical indicators. On the other hand the diagnosis of viral infections, the monitoring of bacterial activity or the recognition of various diseases requires very specialized medical labs. Having said that it is easily understandable that the cost is increased and the diagnostic quality is low in populations traditionally underserved. Furthermore tissue surgery requires artificial tissue-implants for biological functions in the body as well as monitoring mechanisms of transplanted tissues until complete incorporation in their new position. Currently both these targets are very expensive for health systems.Recently increased number of researchers is focused on the functionality of the biosensors in biomedical applications. These structures combined with nanotechnology can be used in biomedical applications. Such applications are measurement of biochemical in blood samples, bacterial activity monitoring, viral recognition, drug delivery in specific targets e.t.c. These devices – nanobiosensors- are very flexible systems, which provide biomedical measurements very fast, with excellent selectivity, and very high sensitivity. The combination of nanotechnology and biology can solve many biomedical issues and give a new era in medicine. The use of nanotechnology in medicine offers some exciting possibilities. Some techniques are only imagined, while others are at various stages of testing, or actually being used today.Nanotechnology in medicine involves applications of nanoparticles currently under development, as well as longer-range research that involves the use of manufactured nano-robots to make repairs at the cellular level (sometimes referred to as nanomedicine).Whatever you call it, the use of nanotechnology in the field of medicine could revolutionize the way we detect and treat damage to the human body and disease in the future, and many techniques only imagined a few years ago are making remarkable progress towards becoming realities.The work in this thesis was to fabricate novel potensiometric biosensors based on ZnO nanowalls and nanowires for the detection and measurement of cholesterol and uric acid levels in different samples. These biosensors shown great selectivity, excellent sensitivity, and appreciable reproducibility. Due to the biocompatibility of the lipid film these biosensors could be implanted in the human body.

Οι τρέχουσες μέθοδοι της κλινικής διαγνωστικής με συνιστώσα την άντληση πληροφοριών από το βιοχημικό προφίλ του ασθενούς, στηρίζονται κατά βάση σε κλα’σικές μεθόδους ποσοτικής μέτρησης βιοχημικών δεικτών. Από την άλλη πλευρά η αναγνώριση ιογενών νόσων, η παρακολούθηση της βακτηριακής δραστηριότητας βακτηρίων ή η κατάδειξη νοσογόνων καταστάσεων απαιτεί πολύ εξειδικευμένα εργστήρια, στις περισσότερες των περιπτώσεων, γεγονός που αυξάνει τό κόστος, αλλά κάνει και δύσκολη την πρόσβαση. Τα δεδομένα αυτά σχεδόν καθιστούν αδύνατη την πρόσβαση απομεμακρυσμένων πληθυσμών σε υγεινομικές υπηρεσίες υψηλού βαθμού. Πέραν τούτων η χειρουργική των ιστών έχει ανάγκη τόσο από τεχνητούς ιστούς που θα χρησιμοποιηθούν για επιτέλεση βιολογικών λειτουργιών αλλά και από μηχανισμούς παρακολούθησης μεταμοσχευμένων ιστών μέχρι την πλήρη ενσωμάτωση στη νέα τους θέση. Με τα μέχρι τούδε δεδομένα και οι δύο αυτές ανάγκες είναι πολύ κοστοβόρες για τις υπηρεσίες υγείας.Πρόσφατα αυξημένος αριθμός ερευνητών έχει εστιάσει στη χρησιμότητα των βιοαισθητήρων σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Συνδυασμένοι με νανοϋλικά, και νανοδομές, βιοαισθητήρες σε νανοκλίμακα μπορεί να χρησιμοποποιηθούν σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Τέτοιου είδους εφαρμογές αποτελούν η μέτρηση βιοχημικών δεικτών στον ορό ασθενών, η παρακολούθηση της δραστηριότητας παθογόνων βακτηρίων στο σώμα, η διαπίστωση μεταβολών σε κυτταρικό επίπεδο, που δυνητικά θα μπορεί να εξελιχθεί σε ογκογενετική πλατφόρμα, η αναγνώριση ιών, η χρήση τους ως δεικτών αναγνώρισης παθογόνων νόσων κλπ. Οι συσκευές αυτές –νανοβιοαισθητήρες -καθίστανται έτσι εξαιρετικά ευέλικτα συστήματα που επιτρέπουν βιοϊατρικές αναλύσεις με ταχύτητα, άριστη εκλεκτικότητα, υψηλή ευαισθησία και υπερεκλεκτική διάγνωση. Η ‘αλληλεπίδραση’ επίσης της νανοτεχνολογίας και της βιολογίας μπορεί να λύσει πολλά βιοϊατρικά θέματα και να δώσει μία νέα διάσταση στον τομέα της υγείας και της ιατρικής. Η χρήση της νανοτεχνολογίας στην ιατρική προσφέρει εκπληκτικές δυνατότητες και δίνει νέες διαστάσεις στην κλινική διαγνωστική και θεραπεία, με μερικές από τις πιθανές χρήσεις να βρίσκονται στη σφαίρα του ιδεατού, άλλες σε διάφορα στάδια χρήσης, και άλλες σε καθημερινή χρήση.H νανοτεχνολογία στην ιατρική περιλαμβάνει εφαρμογές νανοσωματιδίων που επι της τρεχούσης είναι υποαναπτυγμένες αλλά και εφαρμογές που περιλαμβάνουν τη χρήση νανορομπότ για την επισκευή αστοχιών σε κυτταρικό επίπεδο.Όπως και να το ονομάσει κανείς η νανοτεχνολογία στο πεδίο της ιατρικής θα αναπτύξει στο εγγύς μέλλον τεχνικές και μεθόδους για την τάχιστη αναγνώριση και κατάδειξη αστοχιών σε κυτταρικό επίπεδο, που δυνητικά θα μπορούσε να καταλήξει σε νοσογόνο κατάσταση σε μάκρο επίπεδο (πχ. καρκίνος), αλλά και σε πληρέστερη και στοχευμένη θεραπεία τόσο σε κυτταρικό επίπεδο, όσο και σε επίπεδο αποκλειστικά ιστών.Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει πρωτότυπους ποτενσιομετρικούς βιοαισθητήρες κατασκευασμένους για την ανίχνευση και μέτρηση των επιπέδων χοληστερόλης και ουρικού οξέος. Οι αισθητήρες αυτοί έδειξαν μεγάλη εκλεκτικότητα, εξαιρετική ευαιθησία, μεγάλη επαναληπτικότητα, ενώ θα μπορούσε να εμφυτευθούν στο ανθρώπινο σώμα λόγω της βιοσυμβατότητας της μεμβράνης λιπιδίων.