Plastic Antibodies for the detection of Bacterial Proteins and Microorganisms

Abstract

El diagnosi de moltes malalties és de vital importància per proporcionar el tractament adequat i per tant per controlar les necessitats de salut públiques. Els mètodes estàndard que es fan servir per confirmar la presència de microorganismes consisteixen típicament en l’ús de mètodes de cultiu específics per multiplicar, separar, identificar i comptar les bactèries. La durada d’aquests processos depèn del microorganisme en concret, però en molts casos un resultat confirmatori pot tardar entre uns pocs dies o inclús vàries setmanes. Un dels principals objectius en aquesta àrea és la detecció ràpida de microorganismes, d’una forma acurada i barata. Els polímers d’impremta molecular (PIMs) ofereixen una alternativa robusta i econòmica als anticossos naturals, però encara es requereix el seu desenvolupament pel reconeixement de molècules de gran mida. En aquesta tesi presentem diferents polímers d’impremta molecular amb l’objectiu de desenvolupar una nova aproximació per detectar proteïnes de la superfície de bactèries i microorganismes, aproximació basada en anticossos artificials utilitzats en la construcció de dispositius portàtils i econòmics. Aquests objectius generals s’assoleixen implementant una sèrie d’objectius específics: i. desenvolupament d’un camí simple per la construcció d’anticossos artificials utilitzant processos d’impremta molecular, ii. aplicació d’impedimetria, voltametria d’ona quadrada i potenciometria com a tècniques de detecció conjuntament amb una capa sensora formada per polímers d’impremta molecular, iii. ús d’elèctrodes comercials i de fabricació casolana per la detecció electroquímica en la cerca de dispositius portables i d’un sol ús, iv. impressió molecular i detecció de proteïnes de superfície de bactèries i/o microorganismes.

La diagnosis de muchas enfermedades es de vital importancia para proporcionar el tratamiento adecuado y por lo tanto para el control de las necesidades de salud públicas. Los métodos estándar utilizados en la confirmación de la presencia de microorganismos consisten típicamente en el uso de métodos de cultivo específicos para multiplicar, separar, identificar y contar las bacterias. La durada de estos procesos depende del microorganismo en concreto, pero en muchos casos se necesitan entre pocos días o incluso varias semanas para tener una confirmación del resultado. Uno de los principales objetivos en esta área es la detección rápida de microorganismos, de una forma fiable y barata. Los polímeros de impronta molecular (PIMs) ofrecen una alternativa robusta y económica a los anticuerpos naturales, pero aún se requiere su desarrollo para el reconocimiento de moléculas de elevado tamaño. En esta tesis presentamos diferentes polímeros de impronta molecular con el objetivo de desarrollar una nueva aplicación para detectar proteínas de la superficie de bacterias y microorganismos, aproximación basada en anticuerpos artificiales utilizados en la construcción de dispositivos portátiles y económicos. Estos objetivos generales se consiguen implementando una serie de objetivos específicos: i. desarrollo de un camino simple para la construcción de anticuerpos artificiales utilizando procesos de impronta molecular, ii. aplicación de impedimetría, voltamperometría de onda cuadrada y potenciometría como técnicas de detección conjuntamente con una capa sensora formada por polímeros de impronta molecular, iii. uso de electrodos comerciales y de fabricación casera para la detección electroquímica en la búsqueda de dispositivos portátiles y de un solo uso, iv. impresión molecular y detección de proteínas de superficie de bacterias y/o microorganismos.

The diagnosis of most illnesses is of vital importance for providing the appropriate cure and hence controlling public health concerns. The standard methods that are used to confirm the presence of microorganisms typically consist of specific enrichment media to multiply, separate, identify and count bacterial cells. The duration of the process depends on the microorganism, but in most cases a confirmatory result can take from a few days to even weeks. One of the major objectives in this area is to detect microorganisms quickly, accurately and cheaply. Molecularly imprinted polymers (MIPs) offer in principle a robust, cost-efficient alternative to natural antibodies, but it is still a challenge to develop such materials for large molecule recognition. In this thesis we present a variety of molecular imprinting approaches with an aim to develop a new approach for detecting bacterial surface proteins and microorganisms based on artificial antibodies for the construction of label-free and cost-effective portable devices. These general objectives are achieved by implementing a series of specific objectives: i. development of an easy pathway to make artificial antibodies by molecular imprinting process, ii. application of impedimetry, square wave voltammetry and potentiometry as detection techniques using molecularly imprinting polymers as the sensing layer, iii. use of homemade and commercially available screen-printed electrodes for the electrochemical detection of targets in the search for disposable and portable devices iv. electrochemical imprinting and detection of bacterial surface proteins and/or microorganisms.