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Contributions to the development of biomimetic, optical biosensors-feasibility studies and optimization of prototypes

Nadira Ibrišimović

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Chemie

Betreuer*in

Fritz Pittner

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URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29858.00620.115163-5

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Es ist eine Vielzahl von Produkten aus dem Lebensmittelbereich, dem Kosmetiksektor oder dem pharmazeutischen Bereich im Handel erhältlich. Auch wenn diese Produkte entsprechend den offiziellen Richtlinien hergestellt, verpackt und gelagert werden, kann Verderb eintreten. Daher werden diese Produkte auch mit Ablaufdaten versehen. Allerdings sind solche Ablaufdaten nicht immer verlässliche Angaben, da die Qualität der Produkte doch ziemlich schwanken kann. Besonders, wenn es während der Herstellung, dem Transport oder der Lagerung zu Unregelmäßigkeiten kommt, ist auch ein Verderb vor dem Ablaufdatum möglich. Dieser Verderb liegt meist an bakteriellem Befall der Produktoberflächen. Die Mikroorganismen nutzen als Nahrungsquellen verschiedene Komponenten des Produkts, welche dadurch abgebaut werden. Da der Konsument diese Mikroorganismen am Produkt meist nicht direkt sehen kann, besteht die Gefahr einer bakteriellen Infektion, falls das Immunsystem mit der Anzahl oder der Aggressivität der Mikroorganismen überfordert ist. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Optimierung von Sensor-Prototypen, die die Qualität dieses Produktes in „Echtzeit“ sichtbar machen, d.h. zu dem Zeitpunkt, zu dem der Konsument das Produkt verwenden möchte und nicht erst nach mehrtägiger Inkubation hinsichtlich Verderbnis erregender Mikroorganismen, wie die derzeit verwendeten Standardtests auf Verderbnis durchgeführt werden. Das Design des hier vorgestellten Sensors beruht auf optischen Phänomenen wie anomaler Absorption und Remission des Lichts. Das Herzstück des Sensors ist eine biomimetische Polymerschicht, die durch von den betreffenden Mikroorganismen sezernierte Enzyme angegriffen werden kann. Wenn der Sensor mit bakteriell belasteten Produkten in Kontakt kommt, wird diese Schicht abgebaut und durch die Schichtdickenänderung kommt es zu einer mit bloßem Auge erkennbaren Farbveränderung der Sensoroberfläche. Die Herstellung des hier präsentierten Sensor-Prototyps ist so einfach und billig, dass er auch leicht in die Verpackungen der betreffenden Produkte integriert werden könnte.

Abstract

(Englisch)

There is a wide variety of natural products such as a food or any kind of cosmetics and pharmaceutical products, which are offered to consumers. Even if these natural products are produced, handled and stored according to the official guidelines for the mentioned steps, the period, during which they can be used by consumers, is limited due to spoilage processes. Therefore, so called expiration dates are typically assigned for these products. However, expiration dates are not necessarily reliable factors since the quality of products seems to vary to a large extent. Furthermore, in case of improper handling (e.g. during production, transportation or storage), spoilage of the products may occur prior to the expiration date given. Spoilage of products can mainly be attributed to microorganisms, which “live on the product”, i.e. which are able to utilize and/or metabolize certain components and/or molecules of the product. Since the consumer is not able to detect the microorganisms associated with the product simply by looking at the product, there is the risk of using a contaminated product and accordingly of being infected by microorganisms in case the immune system is unable to handle the number and/or aggressiveness of microorganisms. The aim this work was to develop and optimize sensor prototypes indicating the quality of a product “in real time”, i.e. at that point in time, when the consumer is looking at the product and not only after several days upon incubation of the product in order to test for spoilage-causing microorganisms (a standard test, which can be done in order to analyze spoilage by microorganisms). The design of the presented sensors relates to optical phenomena, such as anomalous absorption and remission of light. The crucial point of presented sensor prototypes is a layer sensitive to the analyte, a polymer degradable by enzymes produced by the respective microorganisms. After incubation of the sensor setup with contaminated products, the lytic enzymes released from decaying cell material change the thickness of the polymer layer and generate an with naked eye visible color change. The production of presented sensor prototypes is very simple, cheap and they could be successfully integrated into product packaging.

Autor*innen

Nadira Ibrišimović

Haupttitel (Englisch)

Contributions to the development of biomimetic, optical biosensors-feasibility studies and optimization of prototypes

Paralleltitel (Deutsch)

Beiträge zur Entwicklung von biomimetischen, optischen Biosensoren- Realisierbarkeit und die Optimierung von Prototypen

Publikationsjahr

2009

Umfangsangabe

238 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Gerhard Sontag ,

Alfred Leitner

Klassifikationen

35 Chemie > 35.39 Analytische Chemie: Sonstiges ,

35 Chemie > 35.79 Biochemie: Sonstiges

AC Nummer

AC07452045

Utheses ID

6248

Studienkennzahl

UA | 091 | 419 | |

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