SUPERVISOR
Ali asghar Ensafi,Behzad Rezaei
علی اصغر انصافی (استاد مشاور) بهزاد رضائی (استاد راهنما)
STUDENT
Neda Askarpoor
ندا عسکرپور
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388
TITLE
The fabrication of electrochemical sensors and biosensors using nanostructure materials as modifier for analysis of pharmaceutical and biological compounds: methyldopa, xanthine, doxorubicin, hydrogen peroxide and glucose
In this research, it has been used various nanostructure materials such as functionalized multiwall carbon nanotubes, gold nanostructures and copper nanoparticles and various modifiers such as specific monoclonal antibody, sol-gel and prussion blue for sensitive and selective determination of some pharmaceutical and biological compounds. In the first section, a simple carboxylated multiwall carbon nanotubes (CMWCNTs) modified glassy carbon electrode was developed for sensitive determination of methyldopa using adsorptivestripping voltammetry. These studies show that the oxidation of mathyldopa is facilitated at the surface of GCE which is casted with CMWCNTs and remarkably peak current enhanced comparing to the bare electrode due to its adsorption on the electrode surface. In the second section, a thin film molecularly imprinted sol - gel (MIP - sol - gel) was electrochemically synthesized and used to modify pencil graphite electrode (PGE) coated with MWCNTs for determination of xanthine. The detection of xanthine concentration was based on the decrease of the peak current after the incubation of xanthine on to the electrode which was due to the increase of molecular cavities on the MIP - sol - gel layer and thus increases of the ability of the redox probe to access the electrode surface. In the other section, two ultrasensitive electrochemical doxorubicin immunosensor was investigated based on immobilization of a specific monoclonal antibody on gold nanostructures. In the first part, gold nanoparticles (GNP) were deposited electrochemically on the surface of thiol base sol–gel (TBSol–Gel) modified gold electrode. Then, the redox couples of Fe(CN) 6 4-/3- species on the electrode surface was followed. In the second part, the flower-shaped gold nanostructures were synthesized on the surface of pencil graphite electrode (PGE) modified with prussian blue/carbon nanotube (PB/MWCNT/PGE) hybrids. In the final section, functionalized-multiwall carbon nanotubes with NH 2 groups and decorated with redox active copper nanoparticles have been fabricated for sensitive enzyme-less H 2 O 2 and glucose amperometric detection.
در این رساله از نانومواد مانند نانولوله‌های کربنی چنددیواره، نانوذرات طلا، نانوساختارهای آبی‌پروس و نانوذرات مس و اصلاحگرهای اختصاصی آنتی‌بادی و سل‌ژل در ساخت حسگرها و زیست‌حسگرهای الکتروشیمیایی برای ارتقای حساسیت و انتخاب پذیری آنالیزها استفاده شد. به‌منظور بررسی رفتار الکتروشیمیایی حسگرها و زیست‌حسگرهای ساخته‌شده و بررسی پاسخ داروهای متیل‌دوپا و دوکسوروبیسین و ترکیبات بیولوژیکی زانتین، آب‌اکسیژنه و گلوکز انواع تکنیک‌های الکتروشیمیایی بکار برده شد و مکانیزم‌های مؤثر در واکنش‌های اکسایش‌کاهش مواد، شناسایی و پارامترهای تأثیرگذار در افزایش حساسیت روش‌های تجزیه‌ای پیشنهاد شده، بهینه شد. پس از بررسی اثر مزاحمت‌های احتمالی بر پاسخ الکترود، گونه‌ی موردنظر در نمونه‌های بیولوژیکی و دارویی اندازه‌گیری شد. تحقیقات صورت گرفته را می‌توان در چهار بخش دسته‌بندی نمود. در بخش اول، حسگر اندازه گیری داروی متیل‌دوپا با اصلاح سطح الکترود کربن شیشه‌ای توسط نانولوله‌های کربنی کربوکسیله‌شده ساخته شد و پس از انجام مطالعات رفتاری و بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر جریان، برای اندازه‌گیری متیل‌دوپا با روش ولتامتری عاری‌سازی جذبی در ناحیه 1/0 تا 0/300 میکرومولار و با حد تشخیص 08/0 میکرومولار بکار رفت. دربخش دوم، این یک حسگر الکتروشیمیایی بر پایه‌ی سل‌ژل حکاکی‌شده مولکولی،جهت تعیین مقادیر کم زانتین ساخته شد. در ساخت این حسگر، به منظور افزایش حساسیت از نانو لوله های کربنی چند دیواره بر سطح الکترود مغز مداد استفاده شد. تشخیص برهمکنش بین حسگر و مولکول هدف (زانتین) توسط اندازه گیری پاسخ جریان اکسایش‌کاهش محلول پتاسیم هگزا سیانو فرات به عنوان پروب در سطح الکترود دنبال شد . تحت شرایط بهینه، پاسخ جریان برای زانتین با روش ولتامتری پالس تفاضلی در محدوده غلظتی 02/0 تا 0/20 میکرومولار خطی وحد تشخیص 20 نانومولار بدست آمد. این حسگر برای تعیین زانتین در گوشت ماهی به‌منظور تعیین تازگی گوشت آن به کار برده شد. در بخش سوم، با هدف ساخت زیست‌حسگر برای اندازه‌گیری داروی دوکسوروبیسین دو الکترود به عنوان بستری برای تثبیت آنتی‌بادی مونوکلونال تهیه شد. در روش اول، سطح الکترود طلا با استفاده از سل‌ژل تیول‌دار پوشش داده شد و سپس نانوذرات طلا بر سطح آن تشکیل شد و آنتی‌بادی بر سطح نانوذرات طلا تثبیت شد. برهمکنش ویژه بین آنتی‌بادی و دارو منجر به تغییر خصوصیات الکتروشیمیایی سطح الکترود در مقاومت انتقال الکترون گونه‌ی پروب گردید که با روش اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی قابل تعیین بود. پس ازبهینه سازی شرایط آنالیز، زیست‌حسگر از 2/0 تا 5/93 پیکومولار پاسخ خطی داشت و حد تشخیص 2/0 پیکومولار بدست آمد. در روش دوم، سطح الکترود مغز مداد توسط نانولوله‌های کربنی و نانوساختارهای آبی‌پروس اصلاح شد و سپس نانوساختارهای طلا بر سطح آن تشکیل شد تا بستری برای تثبیت آنتی‌بادی فراهم شد. در این روش از پیک اکسایش‌کاهش آبی‌پروس به‌عنوان پروب در فاز الکترود برای بررسی برهمکنش دارو با آنتی‌بادی استفاده شد. پس ازبهینه سازی شرایط آنالیز، از روش ولتامتری موج مربعی برای اندازه‌گیری غلظت دوکسوروبیسین استفاده شد و ناحیه خطی پاسخ زیست‌حسگر 2/0 تا 1/28 با حد تشخیص 1/0 پیکومولار بدست آمد. در بخش چهارم از نانوکامپوزیت حاوی ناوذرات مس تشکیل‌شده بر سطح نانولوله‌های کربنی عامل‌دارشده با گروه‌های آمینی برای اصلاح سطح الکترود کربن شیشه‌ای چرخان استفاده شد. این الکترود برای اندازه‌گیری آب‌اکسیژنه و گلوکز به ترتیب در دو ناحیه‌ی کاهشی و اکسایشی با استفاده از روش هیدرودینامیک آمپرومتری استفاده شد. پاسخ حسگر برای آب‌اکسیژنه در پتانسیل 45/0- ولت در ناحیه 5/0 تا 10000 میکرومولار خطی بود و حد تشخیص 3/0 میکرومولار بدست آمد و اندازه‌گیری گلوکز در پتانسیل 45/0+ ولت از 0/5 تا 1000 میکرومولار با حد تشخیص 4/0 میکرومولار امکان‌پذیر بود.