A biosensor for detection of DNA sequences based on a 50MHz QCM electronic oscillator circuit

Bustabad, E. A.; García, Guillermo; Rodríguez-Pardo, L.; Fariña, José; Compère, Chantal; Perrot, Hubert; Gabrielli, C.; Bucur, Bogdan; Lazerges, Mathieu; Rose, Daniel; Arnau, Antonio

doi:10.1109/icsens.2009.5398346

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“…However, in spite of the efforts carried out to design oscillator configurations suitable for in-liquid applications 43-51 the poor stability of high frequency QCM systems based on oscillators has prevented increasing the limit of detection despite the higher sensitivity reported. [52][53][54][55][56] A higher sensitivity is necessary when a higher resolution is required. This happens in those applications where very tiny changes in the sensor resonant frequency, due to the perturbation process to be monitored, are expected.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Frequency-shift vs phase-shift characterization of in-liquid quartz crystal microbalance applications

Montagut

García

Jiménez

et al. 2011

Review of Scientific Instruments

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The improvement of sensitivity in quartz crystal microbalance (QCM) applications has been addressed in the last decades by increasing the sensor fundamental frequency, following the increment of the frequency/mass sensitivity with the square of frequency predicted by Sauerbrey. However, this sensitivity improvement has not been completely transferred in terms of resolution. The decrease of frequency stability due to the increase of the phase noise, particularly in oscillators, made impossible to reach the expected resolution. A new concept of sensor characterization at constant frequency has been recently proposed. The validation of the new concept is presented in this work. An immunosensor application for the detection of a low molecular weight contaminant, the insecticide carbaryl, has been chosen for the validation. An, in principle, improved version of a balanced-bridge oscillator is validated for its use in liquids, and applied for the frequency shift characterization of the QCM immunosensor application. The classical frequency shift characterization is compared with the new phase-shift characterization concept and system proposed.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Frequency-shift vs phase-shift characterization of in-liquid quartz crystal microbalance applications

Montagut

García

Jiménez

et al. 2011

Review of Scientific Instruments

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“…For example, Cheng et al [11] presented a DNA detection system that includes a DNA biosensor, a current amplifier circuit for DNA identification via electrical detection; the lowest detectable concentration of the DNA target on this device is 0.1 nM. The development of a highsensibility DNA biosensor based on a 50 MHz quartz crystal microbalance (QCM) oscillator electronic circuit was reported by Bustabad et al [9]. In this study, one 50 MHz QCM oscillator circuit was designed and simulated using SPICE, which was implemented on a printed circuit board.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…It has been widely used as a powerful analytical tool in medical diagnostics [1À3], environmental testing [4À6] and food analysis [7]. In principle, a biosensor is fabricated by attaching a bio-receptor such as DNA probes, enzymes, antibodies or cells on the surface of a suitable transducer, which can convert a biological response into an electrical [3,4,8], optical [2] or mechanical [1,7,9] signal. As previously mentioned [10], the signal processor plays an important role in the DNA sensor.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Novel portable electrical detection system for DNA SENSOR application

Tam

Hong

Hieu

2012

Journal of Experimental Nanoscience

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A novel, portable, electrical detection system was constructed for DNA sensor application to detect DNA hybridisation. The read-out circuit consists of an analogue circuit and a digital circuit. The analogue circuit with an IC MAX038 generates a sine wave with a constant frequency (10 kHz), which serves as the input for the DNA sensor. The DNA sensor consists of active and reference sensors. DNA hybridisation between the DNA probe and the target sequences causes changes in the conductance of the conductive membrane (DNA/MWCNTs) on the sensor surface, which lead to changes in the amplitude of the sine wave from the sensor output compared with that of the reference signal output (input sine wave). We used a digital circuit with a microprocessor (PIC33FJ256MC710) to determine the change in the amplitude of the sine wave signal of the sensor. From these digital data, the difference in the amplitudes of the active and reference sensors was calculated and displayed on the liquid crystal display. Measurement results show that the portable electrical detection system can detect DNA target concentrations as low as 0.16 mM. The detection of the amplified polymerase chain reaction sample and the reproducibility of the DNA sensor results were also determined using the designed readout circuit. The proposed electrical detection system is suitable for DNA sensor application.

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“…[Bustabad et al 2009;Stehrer et al 2009a;Uttenthaler et al 2001a]. Este capítulo comprende el diseño de un oscilador que mejore las prestaciones de los desarrollados hasta el momento para entorno líquido, permitiendo aumentar las aplicaciones, la sensibilidad en la medida y sirviendo, al mismo tiempo, como plataforma para implementar sistemas de HFF-QCM.…”

Section: Capítulo Iii: Aportación I: Oscilador Capítulo Iii: Osciladorunclassified

“…En consecuencia, tanto los resultados obtenidos, como la propia filosofía de operación de los osciladores parecen demostrar que no son la mejor técnica para la caracterización de HFF-QCM. No obstante, es el único método que se utiliza en la actualidad [Bustabad et al 2009;Stehrer et al 2009b;Uttenthaler et al 2001b].…”

Section: Capitulo Iv: Detección De Faseunclassified

Sistema Oscilador Mejorado para Aplicaciones de Microbalanza (QCM) en Medios Líquidos y Propuesta de un Nuevo Método de Caracterización para Biosensores Piezoeléctricos

Ferizzola¹,

Javier²

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AgradecimientosEste reto personal no hubiese sido posible, de no ser por las personas que constantemente me han brindando su apoyo y a las cuales agradezco:A mi tutor Antonio Arnau, por su dirección, a los miembros del grupo de investigación Fenómenos Ondulatorios, línea sistemas y sensores piezoeléctricos, por su apoyo y compañerismo en este transitar por el camino de la investigación; en especial a José Vicente, por su valiosa ayuda, sin él esta tesis seria otro cuento.A Dios, a mi familia por que durante este tiempo, me han demostrado su apoyo, su amor, comprensión, porque me han enseñado a dar lo mejo de mí, a esforzarme para hacer las cosas lo mejor que pueda y sobre todo porque día a día me daban un motivo para continuar; en especial a Mamá Ana, por sus oraciones y por qué llena de alegrías mis días con solo escuchar su ¡hay mi corazón de oro! A Mita, por ser en todo momento, apoyo, fuerza, amiga, motivadora y por su amor de madre que me lo demuestra a cada instante. A mis hermanos por que llenan mi vida de alegría y son el principal combustible para alcanzar los objetivos. A mi papá por su amor. A mi tío Pedro y sus hijos por su amor, apoyo y por hacerme sentir que somos el mismo equipo. A la familia Fajardo-Ferizzola, por sus oraciones, por ser fuerza espiritual, fortaleza y por ser y hacerme sentir en familia a más de 8000Km. A la familia Felizzola-Numa por su comprensión, amor y apoyo. A Tico y Ray, por su apoyo. A Chefa y Jairo. A mis primos: Fabi, Leidy, Gersy y Yureidy.A los compañeros del DIE quienes han hecho del café y la comida un momento especial: a Cata por su amistad, su cariño, su constante apoyo y por todos los momentos compartidos. A Fran, por su amistad y sobre todo por enseñarme a dar lastima en los supermercados italianos para ganarnos "un cacho de pan crudo". A Karen y Pao, por su cariño y amistad. A Eugeni, Carlos y a mi Chinita.A mis amigos y a esas personas muy entrañables y cercanas a mi familia, que en todo momento han sido apoyo y fortaleza no solo para mí, sino también para mis seres queridos.De igual manera quiero agradecer a los miembros del grupo de Inmunotecnología del i3BH-UPV, en especial a Ángel Montoya, Carmen March y a Fede por su colaboración en el desarrollo de los inmunoensayos.A la gente del Restaurante Caminito, con quienes no solo compartí largas noches de trabajo, sino grandes amistades. viii A la familia Rubiano Calderón.Al departamento técnico, creativo, diseñador, administrativo, de soporte técnico y a los desarrolladores de la empresa AWSensors.A Diana y Nuria, quienes también han colaborado en esta tesis.Y finalmente quiero agradecer a todas las personas que de una u otra manera han estado a lo largo de este camino.Solo espero que esta tesis y sobre todo la lectura no coincidan con mis 5 minutos de gloria, como dice Fran. ix RESUMENLa microbalanza de cristal de cuarzo (QCM), es una técnica ampliamente usada en aplicaciones bioquímicas. Los principales desafíos siguen siendo el aumento de la sensibilidad y el límite de detección, así como la capacidad de real...

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A biosensor for detection of DNA sequences based on a 50MHz QCM electronic oscillator circuit

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Frequency-shift vs phase-shift characterization of in-liquid quartz crystal microbalance applications

Frequency-shift vs phase-shift characterization of in-liquid quartz crystal microbalance applications

Novel portable electrical detection system for DNA SENSOR application

Sistema Oscilador Mejorado para Aplicaciones de Microbalanza (QCM) en Medios Líquidos y Propuesta de un Nuevo Método de Caracterización para Biosensores Piezoeléctricos

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