Project R-4206

Exploratie van warmtegeleidingseffekten voor toepassingen in bio- en chemosensoren (Onderzoek)

Dit project richt zich op het 'warmte-overdracht effect' dat onlangs werd ontdekt door de sollicitanten in het kader van DNA-denaturatie studies. Moleculaire borstels of dubbel-strengs DNA, geënt op een temperatuurgeregelde meetelektrode, geven geen meetbare belemmering van de elektrode naar de elektroliet oplossing boven de DNA laag. In tegenstelling hiermee werkt enkelstrengs DNA als een efficiënte warmte-isolator en de thermische weerstand bij de vaste-naar-vloeistof grensvlak vertoont een aanzienlijke stijging. Deze bevinding is niet alleen verrassend, maar het kan ook worden gebruikt om DNA-smelttemperaturen op eenvoudige wijze bepalen. Deze smelttemperaturen verschaffen op hun beurt informatie over de aanwezigheid van single-nucleotide polymorfismen (kleine mutaties), die gerelateerd zijn aan verschillende honderden erfelijke stoornissen. Voorlopige studies hebben aangetoond dat de warmte-overdrachtseffecten ook optreden bij andere biologische of chemische processen die plaatsvinden op het grensvlak tussen een vaste drager en een elektrolyt: i) chemische denaturatie van DNA, ii) absorptie / desorptie van eiwitten lagen, en iii) tijdens de binding van kleine moleculen (bijvoorbeeld neurotransmitters) tot moleculair gestempelde polymeren. Daarom stellen we dat de warmte-overgangsweerstand kan worden beschouwd als een nieuwe, waarneembare parameter in bio-en chemosensors. Het project voorziet als eerste stap de optimalisering van de sensorinrichting op vlak van maximalisering van het signaal-ruis niveau door modificaties van het sensor ontwerp en de meetmethodologie. Vervolgens zal een gedetailleerde studie worden uitgevoerd op verschillende interfacegerelateerde-biologische of chemische processen om de geldigheid van het concept te verifiëren en de omvang van de bijbehorende warmte-overgangsweerstand veranderingen op kwantitatieve wijze te identificeren. Ten slotte zullen er routes worden verkend om de warmte-overdracht aanpak te vertalen in een array formaat met geparallelliseerde metingen, deze zijn essentieel voor vele diagnostische-en genomische doeleinden.

01 januari 2013 - 31 december 2016