Sviluppo di un nuovo biosensore capacitivo ad elettrodo mobile

The aim of this experimental thesis work was the study of a new capacitive biosensor with mobile electrode for DNA detection. The purpose is to develop a low cost electronic instrument able to perform diagnostic tests. The biosensor is based on an impedance measurement between two metal electrodes in which is interposed a solution. Unlike other electrochemical techniques, the new measure is carried out at a frequency enough-high to approximate the solution as a dielectric. In this way it is possible to neglect the ion motion and the double layer capacitance at the interface metal - solution that reduce the stability of measurement. One electrode is fabricated by deposition gold layer on insulating substrate. The second electrode can be moved to change the distance from the first electrode. By reducing the distance between the electrodes to sub micro meter value, the volume sensed by the capacitance becomes sufficiently small to allows the detection of short DNA sequences. During the injection of the solution the electrodes are kept to a distance of hundreds of micrometres. In this way it is simple to fill the capacitor with the solution. In this thesis the sensor principle, is validated by using micro particles (2 μm in diameter) and a preliminary sensor for detection at nano scale has been developed. The project was carried out at Innovative Instrumentation for Nanoscience (I3N) Lab, directed by prof. Marco Sampietro of the Department of Electronics, Information and Bioengineering (DEIB). The preliminary devices have been fabricated at Polifab.

Lo scopo di questa tesi sperimentale è lo studio di un nuovo biosensore capacitivo con elettrodo mobile per il rilevamento del DNA. L’obbiettivo è quello di sviluppare uno strumento elettronico a basso costo per l’esecuzione di test diagnostici. Il biosensore è basato su una misura di impedenza tra due elettrodi metallici in cui è interposta una soluzione. A differenza di altre tecniche elettrochimiche, la nuova misura viene effettuata ad una frequenza abbastanza alta per approssimare la soluzione come un dielettrico. In questo modo è possibile trascurare il movimento di ioni e la capacità di double layer all’interfaccia metallo - soluzione che riduce la stabilità della misura. Un elettrodo è fabbricato dalla deposizione di oro su un substrato isolante. Il secondo elettrodo può essere spostato per cambiare la distanza dal primo elettrodo. Riducendo la distanza tra gli elettrodi a valori sub-micrometrici, il volume rilevato dalla capacità diventa sufficientemente piccolo da permettere la rilevazione di brevi sequenze di DNA. Durante l’iniezione della soluzione gli elettrodi sono mantenuti ad una distanza di centinaia di micrometri. In questo modo è semplice riempire il condensatore con la soluzione. In questa tesi il principio di funzionamento del sensore, viene convalidato utilizzando micro particelle (2 μm di diametro) ed è stato sviluppato un sensore per il rilevamento alla nano scala. Il progetto è stato realizzato nel laboratorio Innovative Instrumentation for Nanoscience (I3N), diretto dal prof. Marco Sampietro del Dipartimento di Elettronica, Informatica e Bioingegneria (DEIB). I dispositivi preliminari sono stati fabbricati al Polifab.