Detection of lactate from sweat with screen-printed carbon electrodes
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2022-08-22
Department
Major/Subject
Biosensing and Bioelectronics
Mcode
ELEC3045
Degree programme
LST - Master's Programme in Life Science Technologies (TS2013)
Language
en
Pages
67 + 0
Series
Abstract
Wearable biosensors enable non-invasive continuous monitoring in real-time by combining electrochemical biosensors and microfluidic structures. Bodily fluids such as sweat can be used for lactate detection. Monitoring lactate concentration can be utilized e.g., in sport medicine for optimization of exercises. For electrochemical detection of lactate, mass produced screen-printed electrodes (SPE) can be biofunctionalized with lactate (LOX). LOX oxidizes the lactate to pyruvate creating hydrogen peroxides as reaction product. Prussian blue mediator in SPE can reduce the hydrogen peroxide creating measurable current, which has linear correlation with lactate concentration of the sample in amperometry. Aim of this thesis was to develop a SPE sensor for lactate detection from sweat. Electrochemical performance of Prussian blue-SPE sensor was evaluated before and after biofunctionalization with cyclic voltammetry (CV). From the studied design variations, circular design with working electrode with diameter of 2 mm and counter electrode with four times larger surface area presented best peak-to-peak separation. The selected design was biofunctionalized with two enzyme loadings (7 U and 16 U). CV characterization presented high variation between individual sensors, and small current responses towards lactate. Different lactate concentrations could not be separated with CV or amperometric measurements, due variability between sensors. Microfluidic channel was created with spacer tape. Integration of microfluidic structure reduced required sample volume and improved user-friendliness of the sensor. Hydrophilic material affected to sensors electrochemical performance. For future sensor development, optimization points such as increase of ink thickness and evaluation of enzyme activity are recommended.Puettavat biosensorit mahdollistavat non-invasiivisen sekä reaaliaikaisen seurannan yhdistämällä sähkökemiallisia biosensoreita sekä mikrofluidiikka rakenteita. Kehon nesteistä esimerkiksi hiki tarjoaa mahdollisuuden laktaatin havaitsemiseen. Laktaattipitoisuuden seurantaa voidaan hyödyntää esimerkiksi urheilulääketieteessä harjoitusten optimointiin. Laktaatin havaitsemiseen tarkoitettu biosensori voidaan valmistaa silkkipainolla tuotettuja sensoreita (SPE) bioaktivoimalla laktaatti oksidaasilla (LOX). LOX voi hapettaa laktaatin pyruvaatiksi luoden reaktiotuotteena vetyperokdia. SPE:hen lisätty mediaattori, preussinsininen (PB), voi pelkistää vetyperoksidin, luoden samalla mitattavan virran, joka on lineaarisesti verrannollinen näytteen konsentraatioon amperometrisessä mittauksessa. Tämän diplomityön tavoitteena on tuottaa SPE sensori laktaatin havaitsemiseksi hiestä. PB-SPE sensorien sähkökemialliset ominaisuudet määritettiin syklisellä voltametrialla ennen ja jälkeen bioaktivoinnin. Vertailluista design-variaatioista pyöreä design, jossa työelektrodin halkaisija on 2 mm ja vastinelektrodin koko on nelinkertainen, tuotti parhaan piikkivirtojen välisen potentiaali erotuksen. Valittu sensori bioaktivoitiin kahdella entsyymi määrällä (7 U ja 16 U). CV karakterisointi osoitti suurta sensorien välistä vaihtelua ja laktaatin lisääminen tuotti pienen virran muutoksen. Käytettyjä konsentraatioita ei voitu erottaa toisistaan CV tai amperometrisilla mittauksilla. Mikrofluidiikka kanava tehtiin käyttämällä väli teippiä. Mikrofluidiikan integroiminen pienensi tarvittavaa näytemäärää ja paransi sensorin käyttäjäystävällisyyttä. Hydrofiilisella kansi materiaalilla oli vaikutusta sensorin sähkökemiallisen toimintaan. Sensorin jatkokehitystä varten suositellaan muun muassa muste paksuuden kasvattamista sekä entsyymiaktiivisuuden arviointia.Description
Supervisor
Laurila , TomiThesis advisor
Liedert, ChristinaKeywords
SPE, lactate, lactate oxidase, cyclic voltammetry, amperometry