Seripainettujen elektrodien käyttö biosensoreissa

Abstract

Tämän insinöörityön tarkoituksena oli selvittää seripainettujen elektrodien (SPE) hyödyntämistä biosensoreissa. Kertakäyttöisten pikatestien tarve esimerkiksi terveydenhuollossa, ympäristöanalyyseissä ja ruokateollisuudessa kasvaa jatkuvasti. Seripaino on hyvä tapa valmistaa kustannustehokkaasti elektrodeja tai kokonaisia antureita vastaamaan näitä tarpeita.

Työssä keskityttiin seripainettuihin elektrodeihin ja niiden valmistusprosessiin, biologisen materiaalin immobilisointiin elektrodien pinnalle sekä mahdollisuuksiin muun muassa in situ -ympäristöanalyyseissä ja terveydenhuollossa. Lisäksi luotiin katsaus tampopaino-, syväpaino- ja fleksopainotekniikoihin ja niiden mahdollisuuksiin biotekniikan saralla. Biosensorien kehitys on ollut viime vuosikymmeninä hyvin nopeata, ja uusia innovaatioita julkaistaan jatkuvasti. Seripainotekniikka tarjoaa melko yksinkertaisen ja helposti muokattavissa olevan tavan valmistaa hyvin spesifisiä sensoreita massatuotantona. Tällä hetkellä seripaino on myös suosituin menetelmä elektrokemiallisten sensorien valmistukseen. Painetut elektrodit erilaisille pinnoille, kuten vaatteille tai muille joustaville materiaaleille herättävät suurta mielenkiintoa ja avaavat mahdollisuuksia tulevaisuudessa. Myös seripainettujen elektrodien yhdistäminen esimerkiksi ledeihin on mielenkiintoinen konsepti.

Työssä huomattiin, että jo nyt on olemassa hyvin paljon erilaisia menetelmiä hyödyntää seripainettuja elektrodeja biosensoreissa, etenkin terveydenhuollossa ja ympäristöanalyyseissä. Uusimmista metodeista varsinkin automaattinen immobilisointi avaa seripainolle uusia mahdollisuuksia nopeaan ja edulliseen sensorien tuotantoon.

Myös simultaanimääritykset ja erittäin spesifiset entsyymeihin, mikrobeihin tai DNA:han perustuvat sensorit tarjoavat paljon mahdollisuuksia erilaisille biosensorisovelluksille.

The purpose of this thesis was to examine the use of screen-printed electrodes (SPE) in the field of biosensors. The need for disposable biosensors in, for example, healthcare, environmental analysis and food industry is growing rapidly. Screen-printing is a cost-efficient way to produce electrodes or sensors to meet those demands.

This thesis focused on screen-printed electrodes and their manufacturing process, on the immobilization of biological material on electrodes, and to the possibilities on the in situ environmental analysis and in healthcare applications. In addition, pad printing, flexographic printing as well as gravure printing techniques were reviewed, and their possibilities in the field of biotechnology were studied.

The late development of biosensors has been very fast and new innovations are being published continually. Screen-printing technology offers a simple and easily modified way to construct specific sensors in large scale production. At the moment screen-printed electrodes are the most popular method for construction of electrochemical biosensors. Printed electrodes on different surfaces like clothes or other flexible materials are raising increasing interest and they offer good opportunities in the future. Combining screen-printed electrodes with, for example, led-lights is also a very interesting application.

It was found that there already exist numerous methods for screen-printed electrodes to be harnessed in biosensors, especially in healthcare and environmental applications. Of the newest methods, automated immobilization offers the possibility to produce economical and fast-detecting biosensors.

Simultaneous determinations of multiple analytes and very specific sensors based on enzymes, microbes or DNA are also expected to conquer the industry in the future.