www.uhasselt.be
DSpace

Document Server@UHasselt >
Research >
Research publications >

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1942/21887

Title: Chip-based (bio-)chemical sensors for bioprocess monitoring
Authors: BACKER, Matthias
Advisors: Wagner, Patrick
Schöning, Johannes
Issue Date: 2012
Abstract: Even though vigorous research has been conducted in the field of bioprocess monitoring, more sophisticated and efficient monitoring devices are still needed. Especially, the process development and optimization remains expensive and labor-intensive as manifold experiments have to be performed. One attempt to reduce the costs of such process optimization is the use of small fermentation volumes and the parallelization of several reactors, since small working volumes allow a high experimental throughput. At the same time, these small scale fermentation processes have to be controlled as effectively as they are in large scale bioreactors. Chip-based electrochemical (bio-)sensors are promising candidates to meet the stated requirements as they offer a cost-effective production using well established silicon semiconductor technologies, the availability of miniaturization, and the detection of a huge diversity of analytes with high selectivity. This thesis describes the design and characterization of chip-based sensors for bioprocess monitoring. Within the frame of this work, silicon-based sensor chips for the measurement of six (bio-)chemical and physical parameters, namely, pH value, electrolyte conductivity, temperature as well as the glucose, glutamate, and glutamine concentration were realized by applying different transducer principles.
In de afgelopen jaren werd intensief onderzoek verricht naar bioprocessen in fermentatiereactoren en er bestaat dan ook een grote behoefte aan meetinstrumentatie om deze processen op een efficiënte en accurate manier te kunnen monitoren. Bioreactoren met eukaryote celculturen spelen tevens een belangrijke rol in de aanmaak van farmaceutisch actieve moleculen zoals antilichamen, enzymen, vaccins en hormonen. De ontwikkeling en optimalisatie van dergelijke reactoren is duur en arbeidsintensief en mogelijke verbeteringen worden vooral verwacht van het gebruik van kleinere fermentatievolumes. Kleinere werkvolumes staan immers gelijk aan een hogere experimentele doorvoer en verschillende reactoren kunnen in parallel worden bedreven. Aan de andere kant is het een uitdaging dat ook dergelijke kleine volumes op een even nauwkeurige manier dienen gecontroleerd te worden als in het geval van grotere bioreactoren. Elektrochemische (bio-)sensoren, vervaardigd op de basis van siliciumchips, zijn een ideaal platform voor het ontwikkelen van deze devices voor de controle van bioprocessen. Halfgeleidertechnologie op basis van silicium is een gangbare en beproefde techniek die toelaat dergelijke sensorchips goedkoop en in grote aantallen te produceren. Voorts is het mogelijk om deze chips verregaand te miniaturiseren en kunnen verschillende sensoren samen op een chip worden geïntegreerd. Hiermee kan een brede waaier aan analieten simultaan en met hoge selectiviteit worden gedetecteerd. Deze thesis beschrijft het ontwerp, de karakterisatie en de implementatie van chip-gebaseerde sensoren voor het monitoren van bioprocessen. Deze sensoren berusten op verschillende elektronische en elektrochemische werkingsprincipes en laten toe om in totaal zes verschillende biochemische en fysische parameters te bepalen, namelijk: de zuurtegraad (pH waarde), de geleidbaarheid van de elektrolyt (ionensterkte), de temperatuur, en de glucose-, de glutamaat- en de glutamine-concentratie. De precieze bepaling van de glucose- en glutamineconcentraties in het cultuurmedium is van primordiaal belang omdat deze stoffen door de aanvoer van koolstof en stikstof de belangrijkste nutriënten zijn voor de celcultuur zelf.
URI: http://hdl.handle.net/1942/21887
Category: T1
Type: Theses and Dissertations
Appears in Collections: PhD theses
Research publications

Files in This Item:

Description SizeFormat
N/A7.29 MBAdobe PDF

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.