Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Development and functionalization of stable and selective miniaturized electrodes for glucose sensing
KTH, School of Electrical Engineering (EES).
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Diabetes mellitus is a disease that leads to an unstable blood glucose concentration, with os-cillations and peaks higher than the normal range. It is a worldwide problem that is currently affecting 387 million people. To avoid further complications associated to the disease, patients have to monitor their blood glucose level multiple times per day, making this compound the most commonly tested analyte. Self-monitoring blood glucose strips (SMBG strips) and contin-uous glucose monitoring systems (CGMS) are the most widespread glucose monitoring devices nowadays. CGMS, detecting glucose in interstitial fluid (ISF), even if more advantageous than traditional devices, are still relatively invasive and painful, due to their size and needle-based insertion mechanism.For the correct functioning of amperometric glucose sensors, having a reference electrode (RE) which is stable in the physiological environment is a crucial requirement. In this work the development of stable and selective miniaturized electrodes to be integrated in biosensors for ISF glucose monitoring is presented. In particular, a method to produce stable miniaturized irid-ium/iridium oxide (Ir/IrOx) quasi-reference electrode (quasi-RE) was firstly developed. Cyclic voltammetry was used for this purpose, and the process allowed the realization of miniaturized electrodes, stable for several days under physiological conditions. By using this technology it is possible to solve some of the common problems arising from the miniaturization of traditional RE.Secondly, miniaturized working electrodes (WE) for selective glucose detection in presence of interfering species have been developed. In fact, to detect the analyte, amperometric glucose sensors need the application of a potential, which also oxidizes interfering species and results in an overestimation of glucose reading. To solve the problem, anti-interference membranes based on different materials and deposition techniques have been developed. In particular, in this study three different membranes have been studied. The performed techniques allowed to realize reproducible films on top of miniaturized WE. As a future step, the realized electrodes should be integrated and tested as complete miniaturized glucose sensors, to prove the feasibility of further miniaturized CGMS.

Abstract [sv]

Diabetes mellitus är en sjukdom som leder till en ostabil koncentration av glukos i blodet och medför att glukoskoncentrationen varierar utanför normala nivåer. Denna sjukdom är ett globalt problem som påverkar 387 miljoners människors liv. För att undvika vidare komplikationer på grund av sjukdomen så tvingas diabetespatienter att själva övervaka deras egen blodglukoskon-centration flera gånger per dag, vilket gör glukos till en av de mest testade analyterna. För dessa kontinuerliga mätningar används idag främst så kallade ”Self-monitoring blood glucose strips” (SMBG teststickor) eller ”continuous glucose monitoring systems” (CGMS). CGMS detekterar glukos som finns i interstitialvätska (ISF) men även om detta är mer fördelaktigt än traditionella sensorsystem så är nuvarande CGMS metoder relativt invasiva och smärtfulla. Detta är på grund av storleken och den nålbaserade införningsmekanismen hos CGMS.

För att amperometriska glukossensorer ska fungera korrekt så kräver de en referenselektrod (RE) som är stabil i fysiologiska förhållanden. I detta arbete så presenteras utvecklingen av stabila, selektiva och miniatyriserade elektroder vilka är anpassade för att integreras med biosensorer. Dessa biosensorer ska sen användas för ISF glukosövervakning. I första delen beskrivs utvecklingen av en tillverkningsmetod för stabila miniatyriserade iridium/iridiumoxid (Ir/IrOx) quasi-RE. I denna metod användes cyklisk voltammetri vars process möjliggjorde tillverkning av miniatyriserade elektroder som var stabila i flera dagar under fysiologiska förhållanden. Genom att denna teknik användes så var det möjligt att lösa några av de vanligaste problemen som uppstår vid miniatyrisering av traditionella RE. I andra delen beskrivs utvecklingen av arbetselektroder (eng. “working electrodes” WE) för selektiv glukosdetektion i närvaro av störande kemiska element. Vid detektion en given analyt med en amperometrisk glukossensor så behövs en potentialskillnad som även oxiderar störande kemiska element vilket då resulterar i en överskattning av den utlästa glukosmätningen. För att lösa detta problem utvecklades även störningsfria membran (såkallade ”anti-interference membranes”) som baseras på användandet av olika material och depositionstekniker. I denna studie undersöktes tre olika membraner. Teknikerna som användes möjliggjorde en reproducerbar tillverkning av filmer på miniatyris-erade WE.

För att visa fördelarna med att vidare miniatyrisera CGMS så ska i nästa steg de tillverkade elektroderna integreras och testas som en komplett miniatyriserad glukossensor.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 80 p.
Series
EES Examensarbete / Master Thesis, TRITA-EE 2016:155
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-196539OAI: oai:DiVA.org:kth-196539DiVA: diva2:1046844
Examiners
Available from: 2016-11-15 Created: 2016-11-15 Last updated: 2016-11-15Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(11513 kB)30 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 11513 kBChecksum SHA-512
e5d9ff7f065e6aed81fe734b5d1244b920bfa86c74ff761aa5339538d0cb012ffadad18b1e418517163d5d848bc13178dbd73dfc767c373985df5cfb2435a48a
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Electrical Engineering (EES)
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 30 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 40 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link