Publication: Development of fluidic system for electrochemical-based Covid-19 biosensor
cris.virtual.department | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | |
cris.virtual.orcid | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | |
cris.virtualsource.department | 51788913-8bdb-4c84-a392-4c6ba4ae67aa | |
cris.virtualsource.orcid | 51788913-8bdb-4c84-a392-4c6ba4ae67aa | |
dc.contributor.author | Muhammad Khairul Faisal Muhamad Atan | |
dc.contributor.supervisor | Rosminazuin Ab Rahim, Ph.D | |
dc.contributor.supervisor | Anis Nurashikin Nordin, Ph.D | |
dc.contributor.supervisor | Teddy Surya Gunawan, Ph.D | |
dc.date.accessioned | 2024-12-03T00:25:30Z | |
dc.date.available | 2024-12-03T00:25:30Z | |
dc.date.issued | 2024 | |
dc.description.abstract | The global COVID-19 pandemic highlighted the need for rapid, point-of-care (POC) virus detection, particularly in remote and resource-limited settings. Conventional polymerase chain reaction (PCR) methods, while effective, have some limitations like requiring bulky equipment, expensive infrastructure, and complex procedures. This research addresses the PCR methods’ limitations by proposing a novel, portable biosensor system for POC DNA amplification detection using loop-mediated isothermal amplification (LAMP). This research focuses on developing three key components of the system which are a heating and temperature control system, device’s packaging, and its integrated fluidic device. A heating system that can maintain a stable temperature of 65°C is important for LAMP. Two types of heater controller systems were compared, the proportional-integral-derivative (PID) controller and the on-off controller. The device packaging was aimed to integrate all components in the system into a user-friendly compact and portable package. SolidWorks 2023 was used to design the entire packaging, housing for the biosensor, heater chamber, and heating circuit. The package was 3D printed using fused deposition modelling (FDM) technique. The packaging went through several iterations based on user feedback, leading to improvements in ergonomics and functionality. The fluidic device was fabricated using masked stereolithography apparatus (MSLA) 3D printing. This is to ensure precise control of sample flow and optimal interaction with the biosensor’s surface. The results demonstrate that the device reached a temperature stability of 65°C through the PID controller. The PID controller shows significantly better performance than the on-off controller, achieving a lower overshoot (1.9%) and steady-state error (0.3%) in maintaining the target temperature, ensuring optimal LAMP efficiency. The biosensor, heater chamber and heating circuit were successfully integrated into a compact and portable package. The fluidic channel with a diameter of 1.7mm was designed based on the reliable minimum printing resolution of MSLA. A flow rate of 3.2 μl/min was determined to achieve a 35-minute flow time over the heating area, achieving the LAMP reaction requirements. This work has contributed to the development of a portable biosensor system for POC virus detection particularly COVID-19 by developing a robust heating system with a precise temperature control, developing a user-friendly and portable device packaging, and optimizing a fluidic device for efficient LAMP amplification. In conclusion, this work holds considerable promise for revolutionizing POC virus detection, particularly in remote or resource-limited settings where access to laboratory facilities may be limited, and timely diagnosis is crucial for disease management and outbreak control. | |
dc.description.abstractarabic | سلطت جائحة كوفيد- 19 العالمية الضوء على الحاجة إلى نقاط الرعاية ) POC ( للكشف السريع عن الفيروسات، لا سيما في الأماكن النائية محدودة الموارد. إنّ طرق فحص ) PCR ( التقليدية، على الرغم من فعاليتها، إلا إنّها تعاني من بعض المحدّدات، مثل الحاجة إلى معدات ضخمة، وبنية تحتية باهظة الثمن، وإجراءات معقدة. يتناول هذا البحث المحدّدات التي تعاني منها طرق فحص ) PCR ( من خلال اقتراح نظام مستشعر حيوي مبتكر ومحمول، للكشف عن تضخيم الحمض النووي في نقطة الرعاية، باستخدام التضخيم متساوي الحرارة بوساطة الحلقة ) LAMP (. ويركز هذا البحث على تطوير ثلاثة مكونات رئيسية للنظام، هي: نظام التدفئة والتحكم في درجة الحرارة، وتغليف الجهاز، والجهاز المائعي المدمج. ويعدّ نظام التسخين الذي يمكنه الحفاظ على درجة حرارة ثابتة تبلغ 65 درجة مئوية أمراً مهما بالنسبة ل ) LAMP (. وقد تمت مقارنة نوعين من أنظمة التحكم في السخان، متحكم ) PID (، ومتحكم التشغيل والإيقاف ) on-off (. وتهدف عبوة الجهاز إلى دمج جميع مكونات النظام في صندوق صغير محمول وسهل الاستخدام. وقد استخدم برنامج ) SolidWorks 2023 ( لتصميم العبوة الكاملة، وحامل المستشعر البيولوجي، وغرفة السخان، ودائرة التسخين. كما تمت طباعة العبوة ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية نمذجة الترسيب المنصهر ) FDM (. ومرّت العبوة بالعديد من المراجعات بناءً على تعليقات المستخدمين، مما أدّى إلى تحسينات في بيئة العمل والوظائف. وتم تصنيع الجهاز المائعي باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لجهاز الطباعة الحجرية المجسمة ) MSLA (، وذلك لضمان التحكم الدقيق في تدفق العينة، والتفاعل الأمثل مع سطح المستشعر البيولوجي. وقد أظهرت النتائج أن الجهاز وصل إلى ثبات درجة الحرارة عند 65 درجة مئوية من خلال متحكم ) PID (. ويُظهر متحكم ( PID ( أداءً أفضل بكثير من متحكم التشغيل والإيقاف ) on-off (، مما يحقق تجاوزاً أقل بمقدار ) 1.9 %(، وخطأ في حالة الثبات مقداره ) 0.3 %(، في الحفاظ على درجة الحرارة المستهدفة، وهو ما يؤكد الفعالية الأمثل ل ) LAMP (. وتم دمج المستشعر الحيوي وغرفة السخان ودائرة التسخين بنجاح في صندوق صغير ومحمول. كما تم تصميم القناة المائعية التي يبلغ قطرها 1.7 مم بناءً على الحد الأدنى من دقة الطباعة الموثوقة ل ) MSLA (. وقد حُدّد معدَل تدفق مقداره 3.2 ميكرولتر/دقيقة للحصول على وقت تدفق مدته 35 دقيقة فوق منطقة التسخين، لتحقيق متطلبات تفاعل ) LAMP (. ساهم هذا العمل في تطوير نظام مستشعر حيوي محمول للكشف عن الفيروسات في نقطة الرعاية، وخاصةً كوفيد- 19 ، من خلال تطوير نظام تسخين موثوق، مع تحكم دقيق في درجة الحرارة، وتطوير عبوة جهاز محمولة وسهلة الاستخدام، وتحسين جهاز المائعي من أجل تضخيم فعال ل ) LAMP (. وفي الختام، يحمل هذا العمل وعداً كبيراً لإحداث ثورة في الكشف عن الفيروسات في نقطة الرعاية، لا سيما في البيئات النائية أو محدودة الموارد، حيث يكون الوصول إلى مرافق المختبرات محدوداً، وعندما يكون التشخيص في الوقت المناسب أمراً بالغ الأهمية من أجل إدارة الأمراض ومكافحة الأوبئة. | |
dc.description.identifier | Thesis : Development of fluidic system for electrochemical-based Covid-19 biosensor / by Muhammad Khairul Faisal bin Muhamad Atan | |
dc.description.identity | G2126453Muhammadkhairulfaisalmuhamadatan | |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering | |
dc.description.notes | Thesis (MSCE)--International Islamic University Malaysia, 2024. | |
dc.description.physicaldescription | 1 online resource (xvii, 111 leaves) ; color illustrations. | |
dc.description.programme | Master of Science in Engineering | |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/32450 | |
dc.language.iso | en | |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2024 | |
dc.title | Development of fluidic system for electrochemical-based Covid-19 biosensor | |
dc.type | master thesis | |
dspace.entity.type | Publication | |
oairecerif.author.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- G2126453Muhammadkhairulfaisalmuhamadatan_SEC.pdf
- Size:
- 18.16 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- Full text
License bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- license.txt
- Size:
- 1.71 KB
- Format:
- Item-specific license agreed to upon submission
- Description: