Electrochemical and mechanical thin film sensors

Abstract: Popular Abstract in Swedish Forskningen som presenteras i denna avhandling fokuserar på tillverkning av små strukturella enheter (komponenter) samt tillämpning av ny teknologi för att adressera viktiga medicinska forskningsfrågeställningar. Framtagande av teknologi som använder sig av komponenter som är tusentals gånger mindre än bredden på ett hår är svårt men möjligt. Denna avhandling fokuserar på processen att göra små komponenter av antingen metall eller kol. Sådana strukturer kan användas som elektroder för att kontrollera elektrokemiska processer. På grund av den geometriska utformningen av dessa små komponenter, så kan den elektrokemiska uppmätta signalen förstärkas. Detta uppkommer på grund av att den diffusionsdrivna masstransporten mellan angränsande elektrodstrukturer blir snabbare och effektivare. I avhandlingen så presenteras också den banbrytande möjligheten att använda pyrolysteknik för att bygga supertäta kol-komponenter med en samtidig positioneringskontroll av komponenterna på 100-nanometerskalan. Den andra delen av avhandlingen fokuserar på användning av mekaniska sensorer för att mäta molekylära interaktioner. En molekylär reaktion på en kemiskt modifierad yta kan yttra sig som en förändring av ytspänningen. Denna förändring av ytspänningen kan övervakas genom att mäta deformationen av en tunn balk, en balk vars tjocklek är en miljondel aven meter. Balken böjer sig som en funktion av ytspänningen. En böjning ned till en tiondel av en nanometer kan enkelt detekteras med optisk teknik. Böjningens utslag beror i sin tur på hur effektivt en viss typ av kemiskt ämne binder till ytan. I min avhandling så studeras ett kemiskt ämne som är ett läkemedel - och ett antibiotikum - vankomycin. Vancomycin år ett mycket viktigt läkemedel. Det är ett av de få läkemedel som idag effektivt kan användas vid behandling av antibiotikaresistenta bakterier eller så kallade "super-bugs". Målet med mitt arbete är att i ett modellsystem med bakterier förstå hur detta ämne fungerar. Med sådan kunskap skulle det kunna vara möjligt att formulera nya, mer effektiva syntetiska antibiotika. Popular Abstract in English The research presented in this thesis focuses on the fabrication of miniature devices and the application of novel technology to address important medical research challenges. The fabrication of technology that has components thousands of times smaller than the width of a hair is difficult but possible. This thesis focuses on the process of making tiny components from either metal or carbon. Such structures can be used as electrodes to monitor electrochemical processes. In addition, due to the geometric design of these tiny components, the electrochemical measured signal is amplified because of diffusion driven mass transport between adjacent electrode structures. For the first time, the possibility of using pyrolysis to construct super dense carbon components with high control of the positioning down to the one hundred nanometre scale is presented. The second part of thesis focuses on the use of mechanical sensors for measuring molecular interactions. A molecular reaction on a chemically modified surface can manifest itself as a change in surface stress. This change in surface stress can be monitored by the deflection of a thin beam, one millionth of a metre thick. The beam bends effectively, responding in a range of one tenth of a nanometre depending on how efficiently a type of substance binds to the surface. The chemical component studied in this thesis is the antibiotic vancomycin, which is important because it is one of the few drugs that can effectively treat antibiotic-resistant bacteria or so-called “super-bugs”. By understanding how this drug works on model systems for bacteria, it could be possible to formulate new, more effective synthetic antibiotics.