Multisensors for whole-cell analytics

Whole-cell biosensors, which can be used in the environmental protection and process measuring technology, in the biotechnology, food and pharmaceutical industry for the on-line control and monitoring of chemical and biochemical processes and for the fast detection of small amounts of solutes, are of great interest. These kind of biosensors comprise microorganisms like genetically modified yeast cells, which react on a specific stimulus, e.g. a residual amount of drugs in the measurement medium with a dependent fluorescence. The receptors of the cells detect specific signal molecules and stimulate the organism to produce a fluorescent protein. In this work, a combined impedimetric-optical read out was used, which can provide the reliable and long-term stable detection of a fluorescence signal accompanied by impedance measurements monitoring cell vitality and activity. A new challenge thereby is a special sensor design which enables the integration of excitation source, photodetector, interdigitated electrodes, and the fluidic system with an effective and long-term-stable packaging.

Biosensory pełnokomórkowe cieszą się bardzo dużym zainteresowaniem. Mogą one być wykorzystywane w ochronie środowiska i technologii pomiaru procesów, w branży biotechnologicznej, spożywczej i farmaceutycznej do kontrolowania i monitorowania procesów chemicznych i biochemicznych on-line oraz do szybkiego wykrywania niewielkich ilości substancji rozpuszczonych,. Tego rodzaju biosensory obejmują mikroorganizmy, takie jak genetycznie zmodyfikowane komórki drożdży, które reagują na specyficzny bodziec, np. fluorescencją na resztkowa ilość leków w pożywce pomiarowej. Receptory komórek wykrywają określone cząsteczki sygnałowe i stymulują organizm do wytwarzania białka fluorescencyjnego. W pracy wykorzystano łączony odczyt impedancyjno-optyczny, który może zapewnić niezawodną i długotrwale stabilną detekcję sygnału fluorescencyjnego, któremu towarzyszą pomiary impedancji monitorujące żywotność i aktywność komórek. Nowym wyzwaniem jest specjalna konstrukcja czujnika, która umożliwia integrację źródła pobudzenia, fotodetektora, elektrod palcowych i układu płynowego w jednej obudowie.