Microfluidic Impedance Biosensor for the Detection of E. coli in Waterways

用于检测水道中大肠杆菌的微流控阻抗生物传感器

基本信息

  • 批准号:
    2882939
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The current state of water pollution monitoring leaves much to be desired. With outdated and inadequate monitoring regimes and techniques meaning that a true understanding of the level of pollution in waterways is incomplete. The monitoring of faecal matter in waterways is achieved by detecting the quantity of faecal indicator organisms, specifically E. coli and intestinal enterococci. Due to the high cost associated with current sample testing method, the intensity and frequency of faecal matter contamination monitoring is limited.The implementation of microfluidic biosensing devices has significant potential to increase the frequency of monitoring, provide rapid analysis, and reduce cost. This PhD aims to investigate the development of a cost effective microfluidic impedimetric immuno-biosensor for the real time detection of E. coli in waterway samples. Whilst addressing key issues for the implementation of biosensing devices, such as stability and reproducibility. Focusing on achieving sensitivity, selectivity, and limit of detection that are comparable to those achieved by current monitoring techniques but with a much shorter detection time. The first stage of research will focus on developing an immunosensor, by immobilising E. coli antibodies covalently onto an electrode surface. This provides biorecognition sites for the target bacteria which when combined with impedance spectroscopy analysis techniques allows for detection of biorecognition events via the electrical response of the system. The second stage will investigate optimising the electrode design. The various electrode parameters, such as material, size and layout can have a significant impact on the sensing capability of the device. These factors will be simulated to find an optimised design before fabricating the device and conducting experimental tests to verify performance.The final part of the research will entail combing the immobilisation technique with the optimised electrode design by integrating microfluidics into the device. The aim of this stage of research is to further improve the sensing capability whilst taking advantage of microfluidic behaviour. The performance of the microfluidic biosensor will be assessed by conducting field tests and evaluating the devices performance based on sensitivity, selectivity, limit of detection and detection time. This can then be compared against the performance of current monitoring techniques.
目前的水污染监测状况还有很多不足之处。由于监测制度和技术过时且不充分,这意味着对水道污染程度的真正了解是不完整的。通过检测粪便指示生物(特别是大肠杆菌和肠球菌)的数量来监测水道中的粪便物质。由于当前样本检测方法的成本较高,粪便污染监测的强度和频率受到限制。微流控生物传感装置的实施在提高监测频率、提供快速分析和降低成本方面具有巨大潜力。该博士旨在研究开发一种具有成本效益的微流控阻抗免疫生物传感器,用于实时检测水道样本中的大肠杆菌。同时解决生物传感设备实施的关键问题,例如稳定性和再现性。专注于实现与当前监测技术相当的灵敏度、选择性和检测限,但检测时间要短得多。研究的第一阶段将集中于通过将大肠杆菌抗体共价固定到电极表面来开发免疫传感器。这为目标细菌提供了生物识别位点,当与阻抗谱分析技术相结合时,可以通过系统的电响应检测生物识别事件。第二阶段将研究优化电极设计。各种电极参数,例如材料、尺寸和布局,会对设备的传感能力产生重大影响。在制造设备并进行实验测试以验证性能之前,将模拟这些因素以找到优化的设计。研究的最后部分将需要通过将微流体集成到设备中,将固定技术与优化的电极设计结合起来。此阶段研究的目的是进一步提高传感能力,同时利用微流体行为。微流控生物传感器的性能将通过进行现场测试并根据灵敏度、选择性、检测限和检测时间评估设备性能来评估。然后可以将其与当前监控技术的性能进行比较。

项目成果

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