Intelligente Nano-Bio-Geräte der nächsten Generation

Dieses Buch befasst sich mit den Herausforderungen bei der Entwicklung einer Point-of-Care-Testplattform. Das Buch beschreibt Assays auf Basis gedruckter Chips (Lab-on-a-Chip, Lab-on-a-PCB) für den schnellen, kostengünstigen Nachweis von Biomarkern in realen Proben. Die größten Herausforderungen bei Point-of-Care-Tests sind die Implementierung komplexer Analysemethoden in kostengünstige Technologien. Dies gilt insbesondere für Länder mit einer weniger entwickelten Gesundheitsinfrastruktur. Waschfreie, Lab-on-Chip- und Lab-on-PCB-Techniken sind sehr einfach und innovativ für die Entwicklung von Point-of-Care-Geräten. Mit der Redox-Cycling-Technologie können mehrere interessante Targets gleichzeitig auf einem gedruckten Chip nachgewiesen werden. Die vorgeschlagenen Bereiche sind von Natur aus disziplinübergreifend und vereinen Fachwissen aus den Bereichen Biosensorik, Elektrochemie, Elektronik und Elektrotechnik, Gesundheitswesen und Fertigung. Dieses Buch befasst sich mit den jüngsten Fortschritten und verschiedenen Forschungsfragen im Bereich der Nanobiotechnologie-gestützten Biosensorik und sucht nach theoretischen, methodischen, etablierten und validierten empirischen Arbeiten, die sich mit diesen verschiedenen Themen befassen.

Dr. Gorachand Dutta ist Assistenzprofessor an der School of Medical Science and Technology, IIT Kharagpur. Er erwarb seinen Master-Abschluss in Chemie am Indian Institute of Technology, Guwahati, Indien. Seine Forschungsinteressen umfassen die Entwicklung und Charakterisierung von tragbaren Biosensoren, Biogeräten und Sensorschnittstellen für miniaturisierte Systeme und biomedizinische Anwendungen für Point-of-Care-Tests. Er promovierte in Biosensorik und Elektrochemie an der Pusan National University, Südkorea, wo er verschiedene Klassen von elektrochemischen Sensoren entwickelte und die elektrochemischen Eigenschaften von Metallelektroden auf Gold-, Platin- und Palladiumbasis untersuchte. Seine Postdoc-Stipendien absolvierte er in der Abteilung für Maschinenbau der Michigan State University, USA, in der Abteilung für Chemie der Pusan National University, Südkorea, und im Centre for Biosensors, Bioelectronics and Biodevices der University of Bath, UK. Während seiner Forschungszeit in den USA und Südkorea erfand Dr. Dutta einen enzymfreien, miniaturisierten Einweg-Immunosensor-Chip mit mikrostrukturierten Elektroden und einer waschfreien Methode für die Entwicklung von Plattformen auf der Basis von Mobiltelefonen für schnelle und einfache Point-of-Care-Tests von Biomarkern für Infektions- und Stoffwechselkrankheiten. Er verfügt über Fachwissen über markierungsfreie elektrochemische Mehrkanal-Biosensoren, elektronisch adressierbare Biosensor-Arrays, Aptamer- und DNA-basierte Sensoren und Oberflächen-Biofunktionalisierung. Dr. Arindam Biswas erwarb 2010 den M. Tech. in Radiophysik und Elektronik an der Universität von Kalkutta, Indien, und 2013 den Doktortitel am NIT Durgapur. Er arbeitete als Postdoktorand an der Pusan National University, Südkorea, mit dem renommierten BK21PLUS-Stipendium der Republik Korea 2015, dem DST-JSPS Invitation Research Grant Award 2020 und dem DST-ASEAN S&T Development Grant Award 2021. Er war Gastprofessor amResearch Institute of Electronics, Shizouka University, Japan. Er wurde für den IE(I) Young Engineer Award: 2019-20 vom Institute of Engineers (I), Indien, ausgewählt. Dr. Biswas verfügt über 12 Jahre Erfahrung in der Lehre, Forschung und Verwaltung. Zurzeit arbeitet Dr. Biswas als außerordentlicher Professor an der Fakultät für Bergbau und Metallurgie der Kazi Nazrul University, Asansol, WB, Indien. Er hat 53 Fachartikel in verschiedenen Fachzeitschriften, 35 Konferenzberichte, 7 Bücher, 8 Sammelbände und 6 Kapitel mit internationalem Ruf veröffentlicht. Dr. Biswas erhielt ein Forschungsstipendium des Science and Engineering Research Board, Government of India, im Rahmen des Early Career Research Scheme für die Erforschung von Terahertz-basierten GaN-Quellen. Außerdem erhielt er ein Forschungsstipendium vom Centre of Biomedical Engineering, Tokyo Medical & Dental University in Zusammenarbeit mit RIE, Shizouka University, Japan, für die Untersuchung biomedizinischer THz-Bildgebung aufder Grundlage einer WBG-Halbleiter-IMPATT-Quelle für zwei aufeinanderfolgende Jahre 2019-20 und 2020-2021. Gegenwärtig ist Dr. Biswas Mitherausgeber von Cluster Computing, Springer (SCI indiziert). Dr. Biswas hat 05 Doktoranden in verschiedenen Themen der angewandten Optik und Hochfrequenz-Halbleiterbauelemente ausgebildet. Er hat verschiedene internationale Konferenzen in Indien und im Ausland organisiert und geleitet. Sein Forschungsinteresse gilt dem Ladungsträgertransport in niedrigdimensionalen Systemen und elektronischen Bauteilen, nichtlinearer optischer Kommunikation und THz-Halbleiterquellen. Dr. Biswas war als Gutachter für renommierte Fachzeitschriften tätig, ist Mitglied des Institute of Engineers (Indien) und regulärer Fellow der Optical Society of India (Indien).

Kapitel 1. Aspekte der Biosensoren mit Verweis auf die sich abzeichnenden Auswirkungen von Künstlicher Intelligenz, Big Data und Analytik: Das Gesundheitswesen im Wandel - ein allgemeiner Überblick.- Kapitel 2. Wenige elektronische Eigenschaften von Nanodrähten aus stark dotierten Biosensor-Materialien.- Kapitel 3. Überblick über Biosensoren und ihre Anwendung im Gesundheitswesen.- Kapitel 4. Auf Graphen und Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) basierende Biosensoren für biowissenschaftliche Anwendungen - Kapitel 5. Ein Überblick über integrierte elektrochemische Miniatur-/Mikrofluidik-Biosensorplattformen für Anwendungen im Gesundheitswesen.- Kapitel 6. Anwendung von Biosensoren auf der Basis von Nanomaterialien für die Gesundheitsdiagnostik.- Kapitel 7. Nanomaterialien und Nanogeräte zur Behandlung von Infektions- und Entzündungskrankheiten beim Menschen: Fluch oder Segen für die menschliche Gesundheit? - Kapitel 8. Entwurf und Analyse eines eindimensionalen photonischen Kristall-Biosensorszur Identifizierung von Krebszellen.- Kapitel 9. Dielektrisch modulierter Biosensor auf der Grundlage eines vertikalen Tunnel-Feldeffekttransistors - Kapitel 10. Elektrochemische Biosensor-Designs für den Nachweis des SARS-CoV-2-Virus: A Review.