Development of electrochemical sensors for analysis of medical and environmental analytes

การพัฒนาเซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้าเพื่อการวิเคราะห์สารทางแพทย์และสิ่งแวดล้อม

Name: Tanin Tangkuaram

MeSH: Biosensing Techniques

MeSH: Glycoside Hydrolases

MeSH: Hydrogen Peroxide

MeSH: Nanotechnology

Abstract: Four different electrochemical sensors were developed for analysis of some selected analytes, namely: (i) insulin, (ii) glycosidases, (iii) hydrogen peroxide (H2O2), and (iv) phosphate (PO4 3-). These are very important in health care and environmental monitoring. The improvement of sensitivity, selectivity, detection limit and stability of these sensors were investigated. (i) Insulin is a pancreatic endocrine hormone for controlling body cells adsorbing and using glucose. The insulin sensor was developed by using a bilayer surface coating of ruthenium oxide (RuOx) onto a carbon nanotube (CNT) layer. RuOx/CNT offers dramatic improvement in the stability and sensitivity of voltammetric and amperometric measurements of insulin. A wide linear dynamic range (10 - 800 nM) was achieved with a detection limit of 1 nM insulin. (ii) Glycosidases are index enzymes for cancer screening. The mechanism of the glycosidases sensor involved the enzymes converting a probe substrate, 4-nitrophenol-β-Dgalactopyranoside, to an electrochemical active form as p-nitrophenol. The detection signal of p-nitrophenol oxidation is a proportion of the glycosidases content. The electrochemical assay for glycosidases enzymes is better than the conventional spectrophotometric techniques. (iii) Hydrogen peroxide is an intermediate species in many enzymatic reactions. The H2O2 biosensor was designed on a screen printed carbon electrode (SPCE). A bare SPCE was modified by horseradish peroxidase (HRP)/gold nanoparticles (AuNP) in the matrix of chitosan (HRP/AuNP/CHIT). The HRP/AuNP incorporated with CHIT yielded the higher performance. It retained amperometric response over 95% of the initial current of the first day up to 30 days of storage at 4 °C. The biosensor showed a linear range of 0.01 – 11.3 mM H2O2, with a detection limit of 0.65 μM H2O2. (iv) Phosphate is an important nutrient form of phosphorus related to the algae bloom phenomenon. A phosphate biosensor was designed by immobilizing pyruvate oxidase on H2O2 biosensor. Pyruvate associated phosphate via a phosphorylation reaction to generate H2O2 is an important step of phosphate biosensor. The detectable H2O2 is proportional to the phosphate content in the samples. The practical use of this biosensor for phosphate determination in real samples was demonstrated and validated with UV-Vis spectrophotometry.

Abstract: การพัฒนาเซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้า 4 ชนิดซึ่งมีความสำคัญทางด้านการแพทย์และการเฝ้าระวัง สิ่งแวดล้อมได้แก่ (i) อินซูลิน, (ii) ไกลโคซิเดส, (iii) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และ (iv) ฟอสเฟต เพื่อทำให้ ความไว, ความเลือกเฉพาะ, ขีดจำกัดการตรวจวัดและความเสถียรดีขึ้นดังนี้ (i) อินซูลิน เป็นฮอร์โมนจากตับอ่อนเพื่อควบคุมการดูดซึมและการใช้น้ำตาลกลูโคส อินซูลินเซนเซอร์ ถูกพัฒนาโดยใช้ไบเลเยอร์ของรูธีเนียมออกไซด์บนชั้นของคาร์บอนนาโนทิวป์ การวิจัยพบว่าอินซูลินเซนเซอร์ที่ ใช้ไบเลเยอร์ให้เสถียรภาพดีกว่าและว่องไวกว่าโมโนเลเยอร์ของรูธีเนียมออกไซด์หรือคาร์บอนนาโนทิวป์ ช่วงความสัมพันธ์ที่เป็นเส้นตรงมีค่าระหว่าง 10 ถึง 800 นาโนโมลาร์และมีขีดจำกัดการตรวจวัด 1 นาโนโมลาร์ (ii) ไกลโคซิเดสเป็นเอนไซม์ดัชนีสำหรับการตรวจคัดกรองโรคมะเร็งในเบื้องต้น กลไกของไกลโค ซิเดสเซนเซอร์เริ่มจากเอนไซม์ดังกล่าวเปลี่ยนสับสเตรท 4-ไนโทรฟีนอล-เบตา-กาแลคโทไพราโนไซด์ไปเป็น พาราไนโทรฟีนอลที่ไวต่อการตรวจวัดทางเคมีไฟฟ้า สัญญาณการวัดเป็นปฏิภาคโดยตรงกับปริมาณของไกลโค ซิเดส การวิเคราะห์ด้วยเซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้าให้การวัดที่ดีกว่าเทคนิคสเปกโทรโฟโทเมทริคแบบดั้งเดิม (iii) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นสารมัธยันตร์จากปฏิกิริยาของเอนไซม์ ไบโอเซนเซอร์สำหรับสารนี้ ถูกพัฒนาบนขั้วไฟฟ้าคาร์บอนพิมพ์สกรีน โดยนำขั้วไฟฟ้าเปลือยมาตรึงผิวหน้าด้วยเอนไซม์ฮอสแรดิชเปอร์ออก ซิเดสในเมทริกของไคโทซาน-ทองนาโน การตรึงร่วมกันดังกล่าวทำให้เซนเซอร์มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เซนเซอร์ นี้ให้ความเสถียรมากกว่า 95 เปอร์เซนต์ ในช่วงเวลา 30 วันของการวิเคราะห์โดยเก็บเซนเซอร์ไว้ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส ไบโอเซนเซอร์มีช่วงการใช้งานตั้งแต่ 0.01 ถึง 11.3 มิลลิโมลาร์และมีขีดจำกัดการตรวจวัดที่ 0.65 ไมโครโมลาร์ (iv) ฟอสเฟตเป็นธาตุอาหารอีกรูปหนึ่งของธาตุฟอสฟอรัสซึ่งมีผลต่อการเจริญจนผิดปกติของสาหร่าย ฟอสเฟตไบโอเซนเซอร์ถูกพัฒนาโดยใช้เอนไซม์ไพรูเวตออกซิเดสตรึงบนผิวหน้าของ (iii) สารไพรูเวตและ ฟอสเฟตทำปฏิกิริยาฟอสโฟไรเลชันแล้วให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ออกมา ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ดังกล่าว เป็นปฏิภาคโดยตรงกับฟอสเฟต การใช้งานฟอสเฟตเซนเซอร์เพื่อวิเคราะห์ฟอสเฟตในน้ำตัวอย่างจริงแสดงให้ เห็นว่ามีความถูกต้องเมื่อเทียบกับวิธียูวีวิสิเบิลสเปคโทรโฟโทเมทรี

Mahidol University

Address: NAKHON PATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Waret Veerasai

Role: Thesis Advisor

Created: 2007

Modified: 2553-06-21

Issued: 2010-06-09

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: TH T164d 2007

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Analytical Chemistry

Grantor: Mahidol University

©copyrights Mahidol University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	4636250.pdf	3.86 MB	92	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

-0.512345 วินาที