German Title: Detektion von Antikörper-Antigen Reaktionen mit Hilfe von Oberflächenwellen- und elektrochemischen Sensoren

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Abstract

Traditional immunoassays for the detection of specific antibody-antigen reactions are expensive, time-consuming and non-trivial. In this work, immunosensors based on surface acoustic wave and electrochemical techniques are presented, which provide high specificity like conventional immunoassays and the real-time monitoring of immunoreactions can be achieved. Surface acoustic wave devices have been widely used in the telecommunication. Besides their extremely high sensitivity to mass loading they can be utilized for microbalances. The mass change during an antibody-antigen binding can be therefore observed by SAW sensors. In this work, ultrasonic waves were generated on the surface of lithium tantalate by inductively coupled interdigital transducers to detect antibody-antigen reactions. The electrical properties at the surface of a sensor are also changed when an antibody-antigen reaction occurs. This can be detected by electrochemical sensors. Capacitively coupled two- and four-electrode sensors were developed to measure the impedance change at the sensor surface. Effects of the interaction between electric fields and the electrical double layer near the liquid-solid interface will also be discussed. Finally, the antibody affinities can be also measured with both SAW and electrochemical sensors, indicating a high potential in clinical application.

Translation of abstract (German)

Traditionelle Immunoassays für den Nachweis von spezifischen Antikörper- Antigen Reaktionen sind teuer, zeitaufwändig und kompliziert. In dieser Arbeit werden Immunosensoren vorgestellt, die mit akustischen Oberflächen- wellen oder elektrochemischen Verfahren beruhen und die die hohe Spezifität konventioneller Immunoassays mit der Echtzeiterfassung kombinieren. Oberflächenwellen-Bauelemente sind in der Telekommunikation weit verbreitet, darüber hinaus kann ihre hohe Empfindlichkeit gegenüber Massenbelegungen auch für Mikrowaagen verwendet werden. Die Massenänderung bei einer Immunoreaktion kann deshalb mit Oberflächenwellen-Sensoren beobachtet werden. In dieser Arbeit wurden akustische Oberflächenwellen auf der Oberfläche von Lithiumtantalat über induktiv gekoppelte Interdigitalwandler angeregt, um Antikörper-Antigen Reaktionen zu detektieren. Die elektrischen Eigenschaften der Oberfläche eines Sensors ändern sich ebenfalls, wenn eine Immunoreaktion stattfindet, was mit einem elektrochemischen Sensor nachgewiesen werden kann. Es wurden kapazitiv gekoppelte Sensoren mit zwei und vier Elektroden hergestellt, um die Impedanzänderung an der Sensoroberfläche zu messen. Effekte aufgrund der Wechselwirkung zwischen den elektrischen Feldern und der elektrischen Doppelschicht werden ebenfalls diskutiert. Schließlich kann auch die Antikörperaffinität sowohl mit akustischen Oberflächenwellen als auch mit elektrochemischen Sensoren gemessen werden, was auf die großen Einsatzmöglichkeiten im klinischen Bereich hinweist.