Gold nanomaterials-based optical biosensors for rapid and cost-efficient diagnostics

Abstract

- Comparació del projecte inicial amb la versió final de la tesi La tesi de Liming Hu ha evolucionat significativament des del projecte original. La tesi descriu bé les aplicacions de nanomaterials d'or en biosensors òptics per a diagnòstics al punt d'atenció (POC) i el seu desenvolupament posterior per a la propera generació de biosensors intel·ligents. La progressió és evident en els diferents capítols, cadascun dels quals se centra en diferents aspectes de la investigació. - La contribució de la tesi al coneixement actual de la matèria. La tesi fa una contribució significativa al camp dels biosensors òptics, especialment en el context del diagnòstic POC. El treball de Liming enforteix la comprensió de l'ús de nanomaterials d'or i presenta noves estratègies sintètiques i de biofuncionalització que s'apliquen directament al desenvolupament d'assajos colorimètrics de flux lateral (LFA). A més, aquest treball introdueix un innovador mecanisme de transducció de senyals basat en nanopartícules metàl·liques i bacteris bioluminiscents (BBLISA). La incorporació de diferents estratègies de millora del senyal afegeix coneixements valuosos al coneixement actual. - Oportunitats per continuar la investigació o ampliar el treball realitzat. La tesi identifica i obre diverses vies per a futures investigacions. Els desafiaments per trobar anticossos adequats per als LFA, com es destaca al Capítol 3, suggereixen la necessitat d'una exploració i caracterització més gran en el desenvolupament de bioreceptors per a la generació ràpida de dispositius POC. L'adaptació de nanoflors d'òxid d'or-iridi (Au-IrO2 NF) a LFA suggereix l'adaptació i ús de noves nanopartícules colorimètriques o fluorescents per millorar el rendiment analític dels LFA. Finalment, els resultats prometedors de BBLISA obren oportunitats per ampliar l'ús de nanopartícules per a la generació de plataformes bioanalítiques programables basades en bioluminescència. - Lobertura de noves àrees de recerca. El treball de Liming obrirà noves àrees de recerca, especialment en l'aplicació de nanopartícules bimetàl·liques a base d'or a LFA i el desenvolupament de BBLISA com a nova plataforma bioanalítica. En particular, es podrien utilitzar nous nanomaterials per generar una plataforma de "senyal activat" bioluminiscent. Aquests avenços introdueixen conceptes i tècniques innovadores que poden estimular noves investigacions en el camp del desenvolupament de biosensors. - La importància o aplicabilitat dels resultats. Els resultats de la investigació de Liming són particularment importants en el context del desenvolupament de diagnòstics POC ràpids i sensibles. La sensibilitat millorada aconseguida amb Au-IrO2 NF a LFA i la implementació reeixida de BBLISA per a la detecció de biomarcadors clínicament rellevants subratllen la rellevància pràctica de les troballes. - Punts forts i punts febles. La fortalesa del treball rau en la seva organització sistemàtica, presentació clara dels detalls experimentals i demostració d'èxit d'aplicacions noves. No obstant això, les possibles debilitats inclouen la discussió limitada sobre els possibles desafiaments en la implementació al món real i la necessitat d'una major validació de BBLISA en diferents escenaris clínics. - Idoneïtat per a la publicació En termes d'idoneïtat per a la publicació, atès que els resultats ja s'han informat en articles en què Liming és el primer autor, és possible que la tesi no sigui adequada per a una publicació independent. Tot i això, els articles individuals fan una contribució significativa a la literatura científica i la tesi proporciona una descripció completa dels resultats col·lectius. - Exhaustivitat de la bibliografia. La bibliografia és completa, especialment la introducció que cobreix literatura nova rellevant del 2020 al 2023. La inclusió de fonts recents millora la credibilitat de la recerca i demostra una revisió exhaustiva de la literatura existent. - Presentació La tesi està ben presentada i cada capítol està estructurat de manera coherent.

- Comparación del proyecto inicial con la versión final de la tesis La tesis de Liming Hu ha evolucionado significativamente desde el proyecto original. La tesis describe bien las aplicaciones de nanomateriales de oro en biosensores ópticos para diagnósticos en el punto de atención (POC) y su desarrollo posterior para la próxima generación de biosensores inteligentes. La progresión es evidente en los diferentes capítulos, cada uno de los cuales se centra en diferentes aspectos de la investigación. - La contribución de la tesis al conocimiento actual de la materia. La tesis hace una contribución significativa al campo de los biosensores ópticos, especialmente en el contexto del diagnóstico POC. El trabajo de Liming fortalece la comprensión del uso de nanomateriales de oro y presenta nuevas estrategias sintéticas y de biofuncionalización que se aplican directamente al desarrollo de ensayos colorimétricos de flujo lateral (LFA). Además, este trabajo introduce un innovador mecanismo de transducción de señales basado en nanopartículas metálicas y bacterias bioluminiscentes (BBLISA). La incorporación de diferentes estrategias de mejora de la señal añade conocimientos valiosos al conocimiento actual. - Oportunidades para continuar la investigación o ampliar el trabajo realizado. La tesis identifica y abre varias vías para futuras investigaciones. Los desafíos para encontrar anticuerpos adecuados para los LFA, como se destaca en el Capítulo 3, sugieren la necesidad de una mayor exploración y caracterización en el desarrollo de biorreceptores para la generación rápida de dispositivos POC. La adaptación de nanoflores de óxido de oro-iridio (Au-IrO2 NF) en LFA sugiere la adaptación y el uso de nuevas nanopartículas colorimétricas o fluorescentes para mejorar el rendimiento analítico de los LFA. Finalmente, los prometedores resultados de BBLISA abren oportunidades para ampliar el uso de nanopartículas para la generación de plataformas bioanalíticas programables basadas en bioluminiscencia. - La apertura de nuevas áreas de investigación. El trabajo de Liming abrirá nuevas áreas de investigación, especialmente en la aplicación de nanopartículas bimetálicas a base de oro en LFA y el desarrollo de BBLISA como una nueva plataforma bioanalítica. En particular, se podrían utilizar nuevos nanomateriales para generar una plataforma de "señal activada" bioluminiscente. Estos avances introducen conceptos y técnicas novedosos que pueden estimular nuevas investigaciones en el campo del desarrollo de biosensores. - La importancia o aplicabilidad de los resultados. Los resultados de la investigación de Liming son particularmente importantes en el contexto del desarrollo de diagnósticos POC rápidos y sensibles. La sensibilidad mejorada lograda con Au-IrO2 NF en LFA y la implementación exitosa de BBLISA para la detección de biomarcadores clínicamente relevantes subrayan la relevancia práctica de los hallazgos. - Puntos fuertes y puntos débiles. La fortaleza del trabajo radica en su organización sistemática, presentación clara de los detalles experimentales y demostración exitosa de aplicaciones novedosas. Sin embargo, las posibles debilidades incluyen la discusión limitada sobre los posibles desafíos en la implementación en el mundo real y la necesidad de una mayor validación de BBLISA en diferentes escenarios clínicos. - Idoneidad para la publicación En términos de idoneidad para la publicación, dado que los resultados ya se han informado en artículos en los que Liming es el primer autor, es posible que la tesis no sea adecuada para una publicación independiente. Sin embargo, los artículos individuales hacen una contribución significativa a la literatura científica y la tesis proporciona una descripción completa de los resultados colectivos. - Exhaustividad de la bibliografía. La bibliografía es completa, especialmente la introducción que cubre literatura nueva relevante de 2020 a 2023. La inclusión de fuentes recientes mejora la credibilidad de la investigación y demuestra una revisión exhaustiva de la literatura existente. - Presentación La tesis está bien presentada y cada capítulo está estructurado de forma coherente.

- Comparison of the initial project with the final version of the thesis Liming Hu's thesis has evolved significantly from the original project. The thesis well describes the applications of gold nanomaterials in optical biosensors for point-of-care (POC) diagnostics and their further development for the next generation of smart biosensors. The progression is evident in the different chapters, each of which focuses on different aspects of the research. - The contribution made by the thesis to current subject knowledge The thesis makes a significant contribution to the field of optical biosensors, especially in the context of POC diagnostics. Liming's work strengthens the understanding of the use of gold nanomaterials and presents novel synthetic and biofunctionalization strategies that are directly applied to the development of colorimetric lateral flow assays (LFAs). In addition, this work introduces a breakthrough signal transduction mechanism based on metallic nanoparticles and bioluminescent bacteria (BBLISA). The incorporation of different signal enhancement strategies adds valuable insights to the current knowledge. - Opportunities for continued research or extension of the work undertaken The thesis identifies and opens several avenues for future research. The challenges in finding suitable antibodies for LFAs, as highlighted in Chapter 3, suggest the need for further exploration and characterization in bioreceptor development for rapid generation of POC devices. The adaptation of gold-iridium oxide nanoflowers (Au-IrO2 NFs) in LFAs suggests the adaptation and use of new colorimetric or fluorescent nanoparticles to improve the analytical performance of LFAs. Finally, the promising results of BBLISA open opportunities for expanding the use of nanoparticles for the generation of programmable bioanalytical platform based on bioluminescence. - The opening up of new research areas Liming's work will open up new research areas, especially in the application of gold-based bimetallic nanoparticles in LFAs and the development of BBLISA as a novel bioanalytical platform. In particular, new nanomaterials could be used to generate a bioluminescent 'signal on' platform. These advances introduce novel concepts and techniques that can stimulate further investigations in the field of biosensor development. - The importance or applicability of the results The results of Liming's research are particularly important in the context of developing rapid and sensitive POC diagnostics. The improved sensitivity achieved with Au-IrO2 NFs in LFAs and the successful implementation of BBLISA for the detection of clinically relevant biomarkers underscore the practical relevance of the findings. - Strong points and weak points The strength of the work lies in its systematic organization, clear presentation of experimental details, and successful demonstration of novel applications. However, potential weaknesses include the limited discussion of potential challenges in real-world implementation and the need for further validation of BBLISA in different clinical scenarios. - Suitability for publication In terms of suitability for publication, since the results have already been reported in papers where Liming is the first author, the thesis may not be suitable for stand-alone publication. However, the individual papers make a significant contribution to the scientific literature, and the thesis provides a comprehensive overview of the collective results. - Comprehensiveness of bibliography The bibliography is comprehensive, especially the introduction covering relevant new literatures from 2020 to 2023. The inclusion of recent sources enhances the credibility of the research and demonstrates a thorough review of the existing literature. - Presentation The thesis is well presented and each chapter is coherently structured.