Vliv geometrie a aktivní vrstvy optického vláknového prvku na citlivost biosenzoru

Abstract

Pro zjištení vlivu geometrie a aktivní vrstvy optického vláknového prvku (OVP) na citlivost biosenzoru byl použit bakteriální kmen Pseudomonas fluorescens HK44. Jedná se o tzv. bioreportér - geneticky modifikovaný mikroorganismus, který v prítomnosti induktoru (salicylát sodný) produkuje meritelný signál (bioluminiscenci). P. fluorescens HK44 byl použit jako modelový organismus k overení správnosti výpoctu a funkcnosti zarízení. Jedná se o univerzální princip a prípadné praktické využití závisí na typu použitých bioreportéru. V predložené diplomové práci byly provedeny teoretické výpocty úcinnosti navázání signálu pro ruzné geometrie OVP a následne byly výsledky porovnány s experimenty. Ke zjištení vlivu geometrie byly vyrobeny a otestovány ctyri OVP s ruznou geometrií. Vliv aktivní vrstvy byl zkoumán použitím trí ruzných technik pro imobilizaci, konkrétne do matrice z predpolymerovaného tetramethoxysilanu (TMOS), vytvorením biofilmu a do matrice vytvorené ze smesi vodního skla a Ludoxu. Pro tyto matrice byly zjištovány optické a mechanické vlastnosti. Byl zkoumán také vliv teploty, koncentrace bunek, podmínek kultivace a možnost opakovaného použití aktivní vrstvy na detekovanou bioluminiscenci. Výsledky teoretických výpoctu byly potvrzeny experimentálne. Vyšší intenzita detekované bioluminiscence, která je prímo úmerná citlivosti senzoru, byla dosažena zvetšením plochy pro imobilizaci bakterií. Nejvyšší intenzity bylo dosaženo pri použití imobilizace do matrice z TMOS na konec OVP 3. V této práci byla navržena konstrukce biosenzoru jako nástroje pro jednoduchý, rychlý a kontinuální monitoring stavu životního prostredí.

Influences of geometry and the active layer of optical fiber element (OFE)on the sensitivity of the biosensor was used the bacterial strain Pseudomonas fluorescens HK44. Those bioreporters - genetically modified microorganisms are able to produce in the presence of inducer (sodium salicylate) a measurable signal (bioluminescence). P. fluorescens HK44 was used as a model organism to verify the accuracy of calculations and functionality of this measurement device. It can be a universal principle and practical use will depend on the type of bioreporters. In this diploma thesis, theoretical calculations of coupling efficiency were compared with experiments for the tapered OFEs with immobilized bioluminescent bioreporters P. fluorescens HK44. Effect of active layer was studied aplying three different techniques for immobilization, exactly the matrix of pre-polymerized tetramethoxysilane (TMOS), by bacterial plaque - biofilm, and the matrix formed from a mixture of silicic acid and Ludox. For these matrices were measured optical and mechanical properties. Effects of bioluminescence detection for temperature, cell density, growing conditions and the possibility of reusing the active layer were also studied. The results of theoretical calculations were experimentally confirmed. Intensity of detected bioluminescence, which is directly proportional to the sensitivity of the sensor, was obtained by increasing the area for the immobilization of bacteria. The highest intensity was achieved with immobilization into the matrix of TMOS at the end of the OFE 3.