RS20201065A1 - Planarna elektroda za biosenzore realizovana primenom ponavljajuće fraktalne geometrije - Google Patents

Abstract

Planarna elektroda za biosenzore realizovana primenom ponavljajuće fraktalne geometrije ima za novost način konstrukcije sistema od tri elektrode biosenzora putem metoda ponavljajuće geometrije do nivoa trećeg reda. Sama realizacija pronalaska uključuje ponavljajuću geometriju 1. reda Sijerpinskih fraktala, ali pronalazak se odnosi i na ponavljajuću geometriju Kohove krive, Peanove krive i Hilbertove krive, a od geometrijskih oblika uključuje tri najviše zastupljena oblika kvadrat, krug i trougao. Ponavljajuća geometrija je osnova inovativnosti pronalaska, jer izmena dizajna planarne elektrode sa svojim parametrima, o kojima će biti reči u detaljnom opisu, kao i reda fraktala, značajno doprinosi povećanoj osetljivosti biosenzora. Biosenzor pronalaska je realizovan LTCC tehnologijom i sito štampe tj. za podlogu od koga je napravljena elektroda biosenzora koristi se keramika na koju se sito štampom nanosi zlato, mada pronalazak uključuje i srebro, platinu i karbonske paste, ali i druge tehnologije izrade kao i materijale podloge i dalju funkcionalizaciju površina elektroda. Na nesinterovane keramičke trake isečene laserom primenom procesa sitoštampe, preko specifično dizajniranih maski primenom fotopostupka, nanosi se provodna pasta u inovativni fraktalni oblik. Nesinterovane trake se posle toga laminiraju radi mehaničke čvrstoće i peku radi procesa sinterovanja same paste i podloge. Zatim se elektrode mogu funkcionalizovati odgovarajućim bioreceptorima, koji ne utiču na samu osetljivost, već na specifičnost prepoznavanja analita.

Description

Планарна електрода за биосензоре реализована применом понављајуће фракталне геометрије

Област технике

Проналазак уопштено посматрано, обухвата област електрохемије са посебним акцентом на специфичну реализацију електроде биосензора. Сам биосензор реализован као такав има примену у детекцији нуклеинских киселина и протеина у узорку, а пре свега из патогених микроорганизама у контаминираној храни и води.

Област класификације је широка и покрива следеће класе: C12Q1, G01N27, А61В5/0408, Н05К1/0283, A61N1/05 и H01L23.

Технички проблем

Проналазак говори о новој конструкцији електрохемијског планарног биосензора чије су електроде реализоване путем понављајуће фракталне геометрије. Проналазак решава проблем недовољне осетљивости електрохемијских сензора која је посебно значајна у реализацији биосензора намењених детекцији биолошких маркера или патогена присутних у траговима у контаминираном узорку на начин да новом конструкцијом понављајуће геометрије (конкретно фракталне) повећава осетљивост сензора због повећања ефективне површине између електрода.

Повећана осетљивост је демонстрирана на примерима детекције ДНК патогене бактерије Campylobacter jejuni и детекције модела протеина (глутатион-с-трансферазе, ГСТ) у млеку, мада се проналазак генерално односи на детекцију биолошких молекула, као што су нуклеинске киселине или протеини, присутних у анализираном узорку у траговима. Електрода у оквиру проналаска функционише на исти начин у оба примера, тј. без обзира да ли се ради о детекцији нуклеинске киселине или протеина (аналита), једино се разликује тип примењеног биорецептора (молекула који препознаје аналит) за функционализацију електроде. Овај податак је наведен илустративно и није ограничавајући за проналазак.

Досадашња конструкција електрода је углавном укључивала реализацију електрода применом кружне геометрије што је резултовало у слабој осетљивости сензора и захтевало додатну функционализацију (или модификацију) површина електрода у циљу повећања селективности и осетљивости.

Проналазак доприноси повећању осетљивости, јер омогућава промену дизајна електроде биосензора, а не додатну модификацију материјала од којег су електроде израђене.

У постојеће стање технике улазе следећи радови и заштићена решења:

Патентна пријава US20060068381 под насловом “Methods for identifying а peptide that binds a geometrical shape" објављена 30. марта 2006. представља нову технику за имобилизацију антитела, ензима или аптамера за површину електрода сензора, али се по начину конструкције електроде суштински разликује у односу на особине проналаска.

Патентна пријава KR20190104041A под насловом "Electrophoresis chip for electrophoretic applications" објављена 5. септембра 2019. генерално говори о скупу штампаних електрода са симетричном геометријом који користи електрохемијски метод детекције за примену у електрофорези, али се као и претходно решење разликује по начину конструкције електроде.

Такође у постојеће стање технике улази и патент ЕР1931248В1 под насловом "Biologically integrated electrode devices" објављен 18. јуна 2008. као и пријава US20190030318A под насловом "Fractal geometry microelectrodes and uses thereof' објављена 31. јануара 2019. Поменути патент је фокусиран на примену електроактивних тј. проводних полимера у оквиру самог сензора, при чему се не разматрају специфичне геометрије у конструкцији електрода. Поменута пријава се односи на имплантабилне пулсне генераторе за стимулацију нервног система и не подразумева коришћење биорецептора.

Поред ових решења такође у постојеће стање технике улази и патентна пријава US20150380355A1 под насловом "Self-similar and fractal design for stretchable electronics" објављена 31. децембра 2015. која представља примену фрактала у реализацији електронских веза у флексибилној и савитљивој електроници, али се не спомиње примена у реализацији електрохемијских сензора или биосензора.

Такође и рад под насловом "Study of fractal electrode designs for buckypaper-based microsupercapacitors" спомиње фрактале, али за примену у суперкондензаторима, док рад под насловом "Resistance-Capacitance Gas Sensor Based on Fractal Geometry" објашњава примену фрактала за реализацију резистивно-капацитивног гасног сензора, без коришћења биорецептора.

Патент US8009053B2 под насловом “Rain sensor with fractal capacitor(s)" објављен 10. септембра 2009. објашњава реализацију капацитивног сензора применом фракталне геометрије, али не у складу са описом проналаска.

Такође патентна пријава ЈР2016520986А под насловом "Self-similar fractal design for stretchable electronics" објављена 14. јула 2016. припада стању технике, али не спомиње да је фрактална геометрија примењена код планарне електроде биосензора.

Патент ES2517919T3 под насловом Nanostructure microeectro es an io etection devices that incorporate them" објављен 4. новембра 2014. говори o реализацији наноструктурираних електрода у облику жица за биосензорске апликације које се могу израдити и у облику тродимензионалних фракталних структура, али структура реализована на начин на који предвиђа проналазак није споменута.

Сличан опис је и са пријавом ЕР3369828 под насловом “Bioprobes and methods of use thereof' која je објављена 5.септембра 2018., наведена је генерална примена фрактала, али се разликује реализација структуре проналаска.

Излагање суштине проналаска

Биосензори данас представљају једно од најчешће примењиваних технолошких решења у различитим областима брзе дијагностике, попут медицине, пољопривреде, прехрамбене индустрије, заштите животне средине и сл. За разлику од класичних метода микробиолошке анализе које су споре (више сати до једне недеље да дају резултат), скупе (заснивају се на више етапа, коришћењу веће количине хемикалија и посуђа) и захтевају високо-обучене истраживаче да их примењују и тумаче резултате, биосензори омогућавају брзу и једноставну, а специфичну анализу по малој цени. Ипак, главни услов да дође до комерцијализације биосензора је довољно осетљива детекција да би могли да се директно примењују за анализу контаминираних узорака (храна, крв и крвна плазма, вода, биљни материјал).

Постоји неколико принципа рада биосензора који се заснивају, између осталог и на оптичким, акустичким и флуоресцентним методама, али се електрохемијска детекција са свим својим параметрима показала као најпоузданија, брза, економски исплатива и, генерално посматрано, најпримењивија техника. Физичка величина, геометрија, број електрода и конструкција електрохемијског сензора обично зависе од намене за коју је предвиђен. Због тога се могу очекивати различите карактеристике ових сензора, у погледу осетљивости, селективности, времена одзива и радног века. Функционализација електрода сензора различитим материјалима (наноматеријалима, графеном, дендримерима и сл.) или коришћење селективних мембрана додатно повећава осетљивост сензора. Типични планарни електрохемијски сензори се састоје од радне електроде, помоћне електроде и референтне електроде, међусобно повезане танким слојем електролита који садржи аналит (циљ детекције). Због специфичности примене, данас су познати различити типови реализације електрода електрохемијских биосензора у погледу материјала од којих су начињене, али се углавном користи кружна геометрија радне електроде, што повлачи низ ограничења у погледу детекције и осетљивости. Осетљивост биосензора у великој мери зависи од материјала од кога се праве електроде, подлоге и од геометријских параметара електроде. За израду електрода најчешће су коришћени племенити метали (злато, сребро, платина), керамика и порцелан из разлога сто се ови материјали релативно лако функционализују биолошким молекулима (ДНК пробе, антитела, ензими, аптамери, липозоми, итд).

Проналазак се базиран на идеји да се сензорске карактеристике биосензора, у смислу осетљивости, могу значајно повећати изменама геометрије електрода, без измена самог материјала од којег се електроде израђују или њиховом додатном функционализацијом.

Проналазак говори о реализацији наведене електроде биосензора, односно њеној новој геометријској конструкцији. У питању је систем од три електроде који се састоји од радне, референтне и помоћне електроде које су конструкцијски реализоване употребом понављајуће фракталне геометрије првог реда, мада проналазак предвиђа распон до трећег реда понављајуће геометрије. Сама реализација проналаска укључује понављајућу геометрију 1. реда Сијерпински фрактала, али проналазак се односи и на понављајућу геометрију Кохове криве, Пеанове криве и Хилбертове криве, а од геометријских облика укључује три највише заступљена облика - квадрат, круг и троугао. Примена понављајуће геометрије фракталних крива у реализацији биосензора, представља основну иновативност проналаска, јер директно повећава осетљивост електрохемијских биосензора.

Планарна електрода је реализована технологијом нискотемпературне заједнопечене керамике (енгл. Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC), при чему је подлога на коме је реализована електрода керамика. На несинтеровану керамичку подлогу се сито штампом, преко претходно припремљене маске, наноси златна паста у геометријском облику фракталне криве. Проналазак укључује и пасту од платине, карбонске пасте и сребрне пасте. Керамичке несинтероване траке дебљине 300μm се првобитно секу и обликују ласером, а после штампе се ламинирају и пеку на 865°С, због синтеровања саме керамичке подлоге и због синтеровања проводне пасте у електроде високе електричне проводности. Процес ламинирања више керамичких трака дебљине 1- 3 mm се одвија у изотермалној преси на температури од 75°С.

Сама електрода проналаска није ограничена технологијом израде електрода и укључује и израду електрода применом инкџет штампе, или применом других танкослојних или дебелослојних технологија фабрикације, као и израду на другим подлогама као што су папир, стакло, органски и неоргански полимери.

Планарна електрода се може функционализовати различитим биорецепторима, као што су једноланчани фрагменти тј. оликонуклеотиди нуклеинских киселина (ДНК и РНК пробе), антитела, аптамери, лектини и ензими. Биорецептори се бирају тако да буду специфични и селективни за тражени аналит. Ако се функционализација врши антителима тј. имуноглобулинима, добијени биосензор је тзв. имуносензор. Функционализацијом путем ДНК проба добија се геносензор.

Кратак опис слика нацрта

Слика 1 приказује поступак израде иновативне електроде биосензора

Слика 2 приказује иновативну геометријску реализацију електроде биосензора у складу са описом проналаска

Слика 3 приказује иновативну електроду - после израде: а) изглед фабриковане електроде, б) измерене димензије електроде, в) СЕМ (скенирајућа електронска микроскопија) приказ површине златне електроде увеличан 2000 пута.

Слика 4 приказује струјно-напонску карактеристику реализованог биосензора где су на Слици 4а и 4б приказани стандардни тестови са раствором 0.1М фероцен-метилалкохола у 0.9М фосфатном пуферу и 1mM фероцен-метилалкохола у 0.05М сумпорне киселине, респективно, при односу скенирања од 50mV/s. На слици в) приказана је струјно-напонска карактеристика за 1mM фероцен-метилалкохола у 0.05М сумпорне киселине при различитим вредностима односа скенирања, док је на слици д) приказана поновљивост резултата мерења на различитим електродама.

Слика 5 приказује геносензор, односно биосензор функционализован помоћу специфичних ДНК проба и његово тестирање за детекцију различитих концентрација ДНК молекула изолованих из Campylobacter jejuni, где се сигнал генерише када се ДНК секвенце изоловане из бактерије везују тј. хибридизују на специфичну ДНК пробу на површини електроде проналаска.

Слика б приказује имуносензор, односно тестирање имуносензора за различите концентрације протеина. Наиме, ради се о процедури реализације електроде биосензора при чему се површина електроде функционализује наношењем имуноглобулина тј. антитела специфичних за протеин (антиген) који треба детектовати - у овом случају је антиген ГСТ протеин, а нанесено је анти-ГСТ антитело. Сигнал се генерише када се ГСТ протеин веже за анти-ГСТ антитело нанесено на електроду, чиме се остварује електрохемијска детекција присуства ГСТ протеина у узорку, помоћу фероцена - редокс индикатора, који се налази у раствору.

Слика 7 приказује поређење осетљивости реализованих геносензора и имуносензора за детекцију Campylobacter jejuni и ГСТ протеина у млеку, респективно, као пример рада проналаска и поређење са комерцијалним сензорима који користе кружну геометрију функционализованих применом исте процедуре имобилизације електрода.

лика представља пример понављау е геометрие за дати проналазак када е у питању сукцесивно понављање кружне геометрије.

Детаљан опис проналаска

Пре излагања детаља проналаска, важно је разумети и наглашава се да предметни проналазак није ограничен детаљима конструкције, као што су димензије, облик и ред фрактала, као ни материјалима за израду електрода, подлоге, технологијом израде, нити типом биорецептора примењеног за функционализацију електроде, који су илустровани и описани у наставку. Употребљени термини у опису проналаска служе за разумевање проналаска, а не за његова ограничења.

Иновативна електрода биосензора састоји се од три електроде чија се основна особина иновативности огледа у новој геометријској конструкцији радне електроде у облику фракталне криве. Наиме, ради се о конструкцији понављајуће геометрије фракталног облика да би се побољшала осетљивост самог сензора, док остале електроде прате геометрију радне електроде. На овај начин се повећава ефективна површина између радне и помоћних електрода. Проналазак полази од хипотезе да се осетљивост биосензора може значајно повећати изменом геометрије електрода без измена самог материјала од којег се електроде израђују. Сама реализација проналаска укључује понављајућу геометрију 1. реда Сијерпински фрактала, са димензијама приказаним на Слици 2, али проналазак се односи и на понављајућу геометрију Кохове криве, Пеанове криве и Хилбертове криве, а од геометријских облика укључује три највише заступљена облика - квадрат, круг и троугао. Примена понављајуће геометрије фракталних крива у реализацији биосензора представља основну иновативност проналаска, јер директно повећава осетљивост електрохемијских биосензора.

На Слици 1 је приказан процес израде сензора који почиње фазом 101 где се одвија одабир фракталне геометрије, реда фрактала и димензија електрода, после чега следи фаза 102 израде маски за сито штампу које се реализују помоћу фото-осетљиве фолије. Планарна електрода је реализована технологијом нискотемпературне заједнопечене керамике (енгл. Low Temperature Cofired Ceramic LTCC), при чему je подлога на коме је реализована електрода керамика. У фази 100 се прво керамичке несинтероване траке дебљине 300μm секу и обликују ласером. На тако исечену несинтеровану керамичку подлогу се у фази 103 сито штампом, преко претходно припремљене маске, наноси златна паста произвођача Heraeus ТС7102 у геометријском облику фракталне криве. Проналазак укључује и пасту од платине, карбонску и сребрну пасту. Ради обезбеђивања механичке чврстоће електроде у фази 104 се врши процес ламинирања више несинтерованих керамичких трака од 3-7 слојева како би се остварила коначна дебљина електрода од 1-2 mm. Ламинација се врши у изотермалној преси на температури од 75°С у трајању од 3 минута. Послe ламинације следи фаза 105, печења на температури од 865°С у трајању од 10h, због синтеровања саме керамичке подлоге и синтеровања проводне пасте у електроде високе проводности.

Понављајућа геометрија је реализована преко фракталних кривих чија је основна карактеристика да на високоефикасан начин испуњавају додељен простор, односно како расте ред фракталне криве се тако мења да се њена димензија повећава на ограниченој површини. Због тога се, одабиром овакве конструкције, ефективна површина између радне и помоћне електроде повећава 2.4 пута.

Систем од три електроде, који је и основа проналаска биосензора, реализован је тако да радна електрода обезбеђује варијацију потенцијала, помоћна (бројач) електрода балансира струју радне електроде, а код референтне је познат потенцијал тако да је принцип рада система такав да се контролише потенцијал, напон у контакту са аналитичком супстанцом, док се мери промена струја. Референтна електрода је половина ћелије са познатим редукционим потенцијалом. Њена једина улога је да делује као референца у мерењу и контроли потенцијала радне електроде.

Фракталне криве које проналазак укључује су: Кохова крива, Сијерпински фрактални троугао и тепих, Пеанова и Хилбертова крива. Такође проналазак као полазну основу за формирање фракталне геометрије електроде биосензора користи и квадрат, троугао и круг, чије се скалиране копије периодично понављају, где се дефинише сет параметара попут иницијалних димензија, фактора скалирања, реда фрактала тј. броја понављања скалираних копија, итд. На примеру круга се најбоље објашњава значај понављајуће геометрије у примени код биосензора.

На Слици 8 је представљена понављајућа геометрија круга, где се већ код друге итерације сугерише низ параметара: број понављања круга, удаљеност малих и великих кругова и фактор скалирања, односно однос пречника малог и великог круга. На крају, са великим бројем итерација видимо да се линија која описује целу структуру повећава, што је значајно за биосензор у смислу повећања осетљивости.

На Слици 2 је дат биосензор који се састоји од иновативне конструкције електроде која се састоји из радне, помоћне и референтне електроде са одговарајућим димензијама. Проналазак не лимитира димензије електроде, али се примарно ставља акценат на доле наведене димензије и опсег димензија. На Слици 2 дат је изглед електрода, као и иницијалне димензије сензора.

Слика 3 приказује реализовану иновативну електроду, увеличан приказ површине реализоване електроде, као и измерене димензије појединих делова реализоване електроде.

цикличне волтметрије. На Слици 4а и 46 приказани су стандардни тестови са раствором 0.1М фероцен-метилалкохола у 0.9М фосфатног пуфера и 1 mM фероцен-метилалкохола у 0.05М сумпорне киселине, респективно при брзини скенирања од 50 mV/s. На Слици 4в приказана је струјно-напонска карактеристика и за 1 mM фероцен-метилалкохола у 0.05М сумпорне киселине при различитим вредностима односа скенирања, док је на Слици 4д приказана поновљивост резултата мерења на различитим електродама.

Као што је наведено у опису суштине проналаска, планарна фрактална електрода се може функционализовати различитим биорецепторима, као што су антитела или једноланчане ДНК пробе тј. олигонуклеотиди дезоксирибонуклеинске киселине. Биорецептори се бирају тако да буду специфични и селективни за тражени аналит. Ако се функционализација врши антителима тј. имуноглобулинима, добијени биосензор је тзв. имуносензор. Функционализацијом путем ДНК проба добија се геносензор. Потенцијал развијених планарних електрода за практичне примене је тестиран у два типа биосензорских апликација, геносензорима и имуносензорима.

За геносензор, чиста површина планарне електроде се инкубира 1h на 37°С са раствором у ком се, у концентрацији од 10ng/μl, налазе молекули специфичне једноланчане ДНК пробе тј. олигонуклеотиди са секвенцом која је комплементарна са секвенцом нуклеотида које треба детектовати у узорку. ДНК биорецептор је произведен са тиол групом на 5'- крају јер је коришћено злато као материјал за израду електрода. V конкретном примеру, ради се о молекулима ДНК специфичним за Campylobacter jejuni. Затим се електрода испира три пута фосфатним пуфером да би се уклонили сви они ДНК нуклеотиди који се нису ковалентно везали за површину електроде. Ковалентна веза се прави између златне електроде и -SH групе (тиол) који је додат ДНК биорецептору на 5' крају. Потом се електрода инкубира са раствором метилен-плавог у фосфатном пуферу током 1h, што је припрема за тестирање ефикасности имобилизације ДНК пробе на површину електроде, као и ефикасности хибридизације имобилисане ДНК пробе са комплементарним нуклеотидима у узорку. Метилен-плаво је често коришћени редокс индикатор за електрохемијска мерења са геносензорима, за детекцију ДНК хибридизације, јер има различит електрохемијски одговор на једноланчану и на дволанчану ДНК тј. ДНК структуру добијену хибридизацијом једноланчане ДНК пробе и нуклеотида из узорка. Ова разлика настаје као последица интеракције метилен-плавог и гуанидинске базе у једноланчаним ДНК. Сам тест ефикасности се спроводи путем цикличне волтаметрије (ЦВ), мерењем у опсегу од -0.3 V до 0.6 V, уз коришћење референтне електроде од сребра/среброхлорида (Ag/AgCI) на 100 mV/s, у фосфатном пуферу, рН 7.2, на собној температури. За евалуацију хибридизације се пореде ЦВ вредности добијене при додатим комплементарним односно не-комплементарним ДНК пропорцијално комплементарним нуклеотидима из узорка тј. аналита.

Слика 5а приказује процедуру везивања ДНК секвенце кампилобактерије Campylobacter jejuni на електроду проналаска. На Слици 5б и 5в су приказани резултати тестирања на различите концентрације позитивне и негативне тест пробе, док је на Слици 5r приказана микроструктура електроде добијена СЕМ снимањем имобилизоване електроде са ДНК.

За имуносензор, чиста површина планарне електроде се прво третира раствором меркаптоундеканоичне киселине (МУК) у етанолу, затим се испира и излаже активационом реагенсу који активира нанесени МУК слој. Активациони реагенс се састоји од смеше азотхидроксисукцинимида (енгл. N-hydroxysuccinimide i.e. NHS) и азот-(3- диметиламинопропил)-азот-етил-карбодиимидхидрохлорид (енгл.N-(3- dimethylaminopropyle)-N-ethylecarbodiimidehydrochloride i.e. EDC) у натријум-ацетатном пуферу, рН5. Овај третман омогућује имобилизацију протеина који граде амино везе са активираном површином МУК-а. Потом се раствор моноклоналног антитела у фосфатном пуферу наноси на површину електроде са МУК слојем и инкубира се 1h на собној температури да би се омогућило формирање аминске везе између нанесеног антитела и МУК слоја. Функционализована имуносензорска електрода се затим испира фосфатним пуфером, рН 7.2, и до коришћења се одлаже на 4°С у навлаженом стању (помоћу фосфатног пуфера), да би се избегла денатурација нанесених антитела. Затим се електрода инкубира са етаноламином у фосфатном пуферу, у трајању од 30 минута, а потом испира фосфатним пуфером. На тај начин се неутралишу преостала везивна места за која се претходно нису везала антитела на функционализованој електроди и спречава се неспецифично препознавање аналита. Само електрохемијско мерење се изводи у раствору 0.1М фероценметилалкохола у 0.9М фосфатном пуферу, будући да је фероцен редокс индикатор тј. генерише електрохемијски сигнал. При везивању антигена за антитело на електроди, електохемијски сигнал фероцена се мења што се детектује помоћу цикличне волтаметрије.

Слика 6 приказује процедуру реализације електроде биосензора као имуносензора, где је електрода функционализована специфичним антителом, у конкретном случају је то мониклонално анти-ГСТ антитело. Слика 6а шематски приказује процес имобилизације антитела на површину електроде, док је на Слици 6б приказано тестирање за различите концентрације ГСТ протеина, а на Слици 6в је приказано тестирање на реалним узорцима у млеку. На Слици 6г приказан је увеличани СЕМ снимак површине електроде са ГСТ протеинима из млека, везаним за антитела на површини електроде. ГСТ је коришћен као модел протеина да се провери ефикасност рада сензора. Мерења су вршена у воденом раствору (фосфатни пуфер) и у млеку да би се демонстрирало да електрода може директно да се користи за анализу контаминиране хране (млека). У оба случаја се у раствор тј. узорак додаје и фероцен као редокс индикатор.

Слика 7 приказује осетљивост реализованих иновативних сензора и поређење карактеристика са резултатима тестирања на кружној електроди реализованој на истој површини. Поређење је извршено за оба типа сензора тј. и за геносензор и за имуносензор. Може се приметити да је осетљивост повећана више од 5 пута у односу на кружну геометрију.

Начин индустријске или друге примене проналаска

Биосензори се примењују на различитим пољима где се захтева брза дијагностика, и примена на терену, у процесима производње и чувања хране и другим аспектима прехрамбене технологије, као и у биомедицини и код мониторинга параметара животне средине итд. Комерцијализација зависи од осетљивости, будући да узорци за анализу најчешће садрже мале концентрације аналита (биомаркера).

Claims (7)

Патентни захтеви:

1. Планарна електрода за биосензоре реализована применом понављајуће фракталне геометрије која се састоји од радне електроде 201, помоћне електроде 202 и референтне електроде 200 које су међусобно повезане танким слојем електролита који садржи аналитичку супстанцу при чему су наведене електроде 200, 201, 202 реализоване поступком који се састоји од фазе 100 где се подлога за електроде 200, 201, 202, сече ласером у несинтероване траке дебљине 300μm, затим се у фази 101 одабира геометрија електрода, па се у фази 102 одвија израда маски, после чега се у фази 103 сито штампом преко наведене маске наноси златна паста, после чега се у фази 104 траке ламинирају на температури 75°С и на крају се у фази 105 одвија печење на температури од 865°С да би се постигло синтеровање наведене подлоге и пасте у електроде 200, 201, 202 назначена тиме да су наведене електроде (200, 201, 202) конструкцијски реализоване понављајућом фракталном геометријом која се одабира у фази (101) да би се повећала ефективна површина између радне електроде (201) са једне стране и помоћне (202) и референтне електроде (200) електроде са друге стране после чега се у фази (102) одвија израда маски, за наведену фракталну геометрију, за сито штампу помоћу фотоосетљиве фолије.

2. Планарна електрода за биосензоре у складу са захтевом 1, назначена тиме да је наведена подлога у фази (100) од керамике, злата, сребра, платине, карбона и порцелана и да зависи од функционализације биосензора.

3. Планарна електрода за биосензоре у складу са захтевом 1, назначена тиме да се у фази (104) ламинира 3-7 керамичких трака дебљине 1-3 mm.

4. Планарна електрода за биосензоре у складу са захтевом 1, назначена тиме да је наведени биосензор геносензор уколико детектује ДНК.

5. Планарна електрода за биосензоре у складу са захтевом 1, назначена тиме да је наведени биосензор имуносензор уколико детектује антитела.

6. Планарна електрода за биосензоре у складу са захтевом 1, назначена тиме да наведену понављајућу фракталну геометрију конструкције електрода (200, 201, 202) чини: Кохова крива, Пеанова крива, Сиерпински фрактални троугао и тепих и Хилбертова крива, а од геометријских облика понављајућу геометрију чини: квадрат, круг и троугао при чему се унапред дефинише сет параметара: иницијалне димензије, фактор скалирања и ред фрактала.

7. Планарна електрода за биосензоре у складу са захтевом 1, назначена тиме да понављајућу геометрију чини Сијерпински фрактал првог реда.

понављајућа геометрија реализује до трећег реда.