Fabrication of miniature Clark oxygen sensor integrated with microstructure

Wu, Ching-Chou; Yasukawa, Tomoyuki; Shiku, Hitoshi; Matsue, Tomokazu

doi:10.1016/j.snb.2005.02.014

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“…To improve the selectivity and avoid contamination of electrodes by the samples, an oxygen permeable membrane is overlaid on the electrodes, and usually a reservoir of sample solution is located on top of the oxygen permeable membrane to contain the sample solution under test. The mode of operation of the Clark sensor is amperometric [25,26]. The dissolved oxygen is brought to the surface of WE and a negative voltage is applied between the WE and CE.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Monitoring of Oocyte/Embryo Respiration Using Electrochemical-Based Oxygen Sensors

Obeidat¹,

Evans²,

Tedjo³

et al. 2017

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Current commercially available instruments for monitoring mitochondrial respiration are incapable of single cell measurements. Therefore, we developed a three-electrode, Clark-type biosensor suitable for mitochondrial respirometry in single oocytes and embryos. The biosensor was embedded in a PMMA (polymethyl methacrylate) micro-chamber to allow investigation of single oocytes/embryos immersed in up to 100 µL of respiration buffer. The micro-chamber was completely sealed to avoid oxygen exchange between the inside of the chamber and the atmosphere, while being maintained at a temperature of 38.5 ˚C to preserve cell viability. Using amperometry, the oxygen consumption of cells inside the micro-chamber was measured as a change in output current and converted to femto-mol (fmol) oxygen consumed per second based on calibrations with known buffer oxygen concentrations. The sensor measured basal cell respiration supported by endogenous substrates, respiration associated with proton leak induced by inhibition of the adenosine triphosphate (ATP) synthase (complex V) with oligomycin, and the maximal noncoupled respiratory capacity revealed by Carbonyl cyanide-4-(trifluoromethoxy)phenylhydrazone (FCCP) titration. Some potential applications of this oxygen sensor system include evaluating effects of metabolic therapies on oocyte bioenergetics, and monitoring mitochondrial function throughout oocyte maturation and blastocyst development to predict embryo viability to compliment assisted reproductive technologies.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Clark sensor has many applications in biosensor development, clinical analysis and fermentation monitoring [2,26]. Miyahara et al characterized size, linearity, selectivity, reproducibility, and response time as some of the main properties to determine the ability of the Clark sensor to measure dissolve oxygen [29].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Monitoring of Oocyte/Embryo Respiration Using Electrochemical-Based Oxygen Sensors

Obeidat¹,

Evans²,

Tedjo³

et al. 2017

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“…Furthermore, the need for a positioning system (Rosa and Yu 2006), along with its high cost and fragility (Wu et al 2005) make profile recording with Clark-type microsensors a delicate and tedious process, and one that requires a major investment of both time and resources.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Biofilm dynamics characterization using a novel DO-MEA sensor: mass transport and biokinetics

Guimerà

Moya

Dorado

et al. 2014

Appl Microbiol Biotechnol

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Biodegradation process modeling is an essential tool for the optimization of biotechnologies related to gaseous pollutants treatment. In these technologies, the predominant role of biofilm, particularly under conditions of no mass transfer limitations, results in a need to determine what processes are occurring within the same. By measuring the interior of the biofilms, an increased knowledge of mass transport and biodegradation processes may be attained. This information is useful in order to develop more reliable models that take biofilm heterogeneity into account. In this study, a new methodology, based on a novel dissolved oxygen (DO) and mass transport microelectronic array (MEA) sensor, is presented in order to characterize a biofilm. Utilizing the MEA sensor, designed to obtain DO and diffusivity profiles with a single measurement, it was possible to obtain distributions of oxygen diffusivity and biokinetic parameters along a biofilm grown in a flat plate bioreactor (FPB). The results obtained for oxygen diffusivity, estimated from oxygenation profiles and direct measurements, revealed that changes in its distribution were reduced when increasing the liquid flow rate. It was also possible to observe the effect of biofilm heterogeneity through biokinetic parameters, estimated using the DO profiles. Biokinetic parameters, including maximum specific growth rate, the Monod half-saturation coefficient of oxygen and the maintenance coefficient for oxygen which showed a marked variation across the biofilm, suggest that a tool that considers the heterogeneity of biofilms is essential for the optimization of biotechnologies.2

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“…Nesta parte do trabalho foi projetado e fabricado um sistema optoeletrônico portátil colorimétrico e fluorimétrico, utilizando-se como detector um sistema multiespectral, WU et al, 2005). Porém, e em geral, os sensores baseados em resposta elétrica e eletroquímica apresentam tempos de resposta elevados e degradação rápida (WU et al, 2005).…”

Section: Conclusõesunclassified

“…Porém, e em geral, os sensores baseados em resposta elétrica e eletroquímica apresentam tempos de resposta elevados e degradação rápida (WU et al, 2005).…”

Section: Conclusõesunclassified

Sistemas optoeletrônicos portáteis para detecção de gases, oxigênio dissolvido e de metais pesados aplicados no controle ambiental.

Braga¹

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Dedico este trabalho a Isabella e a Sophia, minhas melhores razões de existir. AGRADECIMENTOSAgradeço a Deus por ter aproximado de mim tantas pessoas extraordinárias, tantos ombros amigos nos quais pude me apoiar no decorrer desses anos e que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho.Aos meus pais Braga e Maria Augusta, irmãos Edmilson, Roberto e Solange, que desde os meus primeiros passos me instruíram a caminhar de modo honesto e digno pelas estradas da vida.À minha esposa Isabella, que sempre de maneira companheira e afetiva esteve ao meu lado em todos os momentos.À minha pequena Sophia, que se despede apegada todos os dias de manhã quando saio a trabalhar.Ao meu orientador e amigo Prof. Dr. Walter Jaimes Salcedo e sua esposa Prof.ª Dr.ª Ruth Vera, por me acompanharem nos desafios e vitórias, projetos e realizações.Ao meu amigo Prof. Dr. Francisco Javier Ramirez Fernandez, por seu apoio no grupo do Laboratório de Microeletrônica.Aos professores Dr. Claudio Augusto Oller do Nascimento e Dr. Jorge Alberto Soares Tenório, pela receptividade e por oferecer recursos técnicos e instrumentais nas instalações do CEPEMA-USP e a todos os amigos e funcionários do centro de pesquisas que contribuíram direta e indiretamente para a conclusão do trabalho. À amiga Prof.ª Márcia Rosa de Mendonça Silva, pelo apoio incondicional e reconhecimento aos pesquisadores da cidade de Cubatão, e à importância dos trabalhos desenvolvidos em benefício do Meio Ambiente.À minha amiga Fátima Cristina de Oliveira, pelos laços de colaboração científica, parceria e amizade que se tornaram tão sólidos durante todos esses anos. Aos técnicos da Poli-Elétrica dos setores de sala limpa, sala de medidas e oficina mecânica em especial ao Henrique, Jair (sala de medidas), Rita, Cristina, João, Gerson, Jair (mecânica) e Raimundo, pela dedicação no auxílio na preparação e confecção dos dispositivos MOS e câmara de ensaios.À empresa alemã MAZeT pela cooperação, suporte e doação dos dispositivos detectores multiespectrais e amplificadores de transimpedância, utilizados no desenvolvimento do sistema eletrônico multifuncional colorimétrico e fluorimétrico de detecção portátil de gases, oxigênio dissolvido e íons de metais pesados.A todos, o meu muito obrigado! RESUMO O monitoramento ambiental de forma contínua e em tempo real são desafios da realidade atual dos grandes centros urbanos, com a finalidade de prevenir desastres ambientais que possam pôr em perigo a saúde dos seres humanos e a existência de sistemas biológicos. Na presente tese foram propostos e desenvolvidos sistemas optoeletrônicos portáteis aplicados na detecção de O2, OD e íons de metais pesados, visando seu emprego no monitoramento de sistemas hidrológicos como mares, rios, lagos e lençóis freáticos. A definição final da estrutura do sistema portátil foi atingida após o desenvolvimento sistemático de diferentes ensaios experimentais.Primeiramente, foram estudadas e analisadas matrizes hospedeiras em estado sólido que fossem capazes de hospedar sistemas molecular...

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Fabrication of miniature Clark oxygen sensor integrated with microstructure

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Monitoring of Oocyte/Embryo Respiration Using Electrochemical-Based Oxygen Sensors

Monitoring of Oocyte/Embryo Respiration Using Electrochemical-Based Oxygen Sensors

Biofilm dynamics characterization using a novel DO-MEA sensor: mass transport and biokinetics

Sistemas optoeletrônicos portáteis para detecção de gases, oxigênio dissolvido e de metais pesados aplicados no controle ambiental.

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