Development of diagnostic platform for detection of biological agents and toxic microalgae using isothermal amplification

Author

Mayboroda, Olena

Director

Katakis, Ioanis

O'Sullivan, Ciara Kathleen

Date of defense

2017-11-17

Pages

190 p.



Department/Institute

Universitat Rovira i Virgili. Departament d'Enginyeria Química

Abstract

L'objectiu principal d’aquesta tesis és desenvolupar sensors d’ADN portàtils i fàcils d’utilitzar per analitzar material genètic al lloc on sigui necessari, superant les limitacions de les tecnologies actuals. Per dur-ho a terme, els sensors d’ADN s’han dissenyat integrant en un únic dispositiu dues tecnologies: l’amplificació isotèrmica d’ADN, tant en fase líquida com en fase sòlida, i la tecnologia de microarrays. A la tesis es detallen els resultats obtinguts per assolir els objectius específics, que inclouen: el desenvolupament d’una plataforma d’anàlisi d’ADN en fase líquida per a la detecció simultània de diversos organismes. L’ús d’amplificació isotèrmica d’ADN en superfície (fase sòlida), combinant tant amb detecció òptica com detecció electroquímica per a la detecció de mostres reals. L’estudi i optimització de la química de superfície dels sensors d’ADN en fase sòlida, i finalment, l’amplificació isotèrmica d’ADN d’algues tòxiques emprant dNTPs modificats amb molècules redox, fet que permet mesurar directament l’ADN amplificat reduint el temps total d’anàlisi.


El objetivo principal de la tesis es desarrollar sensores de ADN portátiles y fáciles de utilizar para analizar material genético allí donde sea requerido, superando las limitaciones de las tecnologías actuales. Para llevarlo a cabo, los sensores de ADN se han diseñado integrando en un único dispositivo dos tecnologías: la amplificación isotérmica de ADN tanto en fase líquida como en fase sólida, y la tecnología de microarrays. En la tesis se detallan los resultados obtenidos para lograr los objetivos específicos, que incluyen: el desarrollo de una plataforma de análisis de ADN en fase líquida para la detección simultánea de distintos organismos. El uso de amplificación isotérmica de ADN en superficie (fase sólida) combinado tanto con detección óptica como con detección electroquímica para la detección de muestras reales. El estudio y optimización de la química de superficie de los sensores de ADN en fase sólida, y finalmente, la amplificación isotérmica de ADN de algas tóxicas utilizando dNTPs modificados con moléculas redox, cosa que permite medir el ADN amplificado directamente, reduciendo así el tiempo tota de análisis.


The main goal of this doctoral thesis is to present alternative approaches in the field of DNA biosensors, design and develop new isothermal amplification protocols compatible with a portable, easy-to use device that can be deployed for analysis of genetic material at the point-of-care/need, while overcoming some of the currently existing limitations. In order to achieve this objective, a variety of different strategies of effective solid-phase immobilisation and liquid-phase and solid-phase isothermal enzymatic amplification have been studied to achieve lower detection limits with rapid and easy to carry out assays. This work presents a convenient, flexible solution for detecting DNA with biosensors, exploiting a general concept of liquid-phase and solid-phase isothermal amplification and detection, thus integrating two nucleic acid tests, PCR and microarrays, in one single device. The thesis report the work performed to achieve the specific objectives of this doctoral thesis: the development of multiplexing platform for simultaneous detection of several targets, the use of solid-phase recombinase polymerase amplification strategy for DNA amplification with optical and electrochemical detection, the detection of real samples, the study of the surface chemistry and the combination of isothermal amplification with redox labelled dNTPs for the amplification and detection of toxic microalgae as an innovative method that permits incorporation of labels throughout the amplification process facilitating direct electrochemical detection of the DNA products and an inherent shortening of assay time.

Keywords

RPA; ADN Amplificació; Biosensor; ADN Amplificación; DNA Amplification

Subjects

54 - Chemistry. Crystallography. Mineralogy; 543 - Analytical chemistry; 577 - Material bases of life. Biochemistry. Molecular biology. Biophysics; 6 - Applied Sciences. Medicine. Technology

Knowledge Area

Ciències

Documents

TESI.pdf

11.29Mb

 

Rights

ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.

This item appears in the following Collection(s)