Development of nanotechnology for medical sensor application

การพัฒนานาโนเทคโนโลยีสำหรับประยุกต์ใช้เป็นเซนเซอร์ด้านการแพทย์

Name: Tik Ouiram

keyword: ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

; โคลีนไบโอเซนเซอร์

; วัสดุคอมโพสิต

; ไซคลิกโวลแทมเมทรี

Abstract: A novel composite material of copper (I) oxide and manganese (IV) oxide (Cu₂O@MnO₂), was synthesized and applied for modification on the glassy carbon electrode (GCE) surface (Cu₂O@MnO₂/GCE) as a hydrogen peroxide (H₂O₂) sensor. The composite material was characterized regarding its structural and morphological properties using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The Cu₂O@MnO₂/GCE showed an excellent electrocatalytic response to the oxidation of H₂O₂ which provided a 0.56 s⁻¹ charge transfer rate constant, 1.65 × 10⁻⁵ cm² s⁻¹ diffusion coefficient value, 0.12 mm² electroactive surface area, and 1.04 × 10⁻⁸ mol cm⁻² surface concentration. Under optimal conditions, the constructed sensor exhibited a wide linear range from 0.5 µM to 20 mM with a low limit of detection of 63 nM (S/N = 3) and a good sensitivity of 256.33 µA mM⁻¹ cm⁻². It also presented high stability (±15.00%, n = 100), repeatability (1.25% RSD, n = 10), and reproducibility (3.55% RSD, n = 10). The results indicated that the synthesized Cu₂O@MnO₂ was successfully used as a new platform for H₂O₂ sensing. A novel metal composite material based on zirconium dioxide-coated gold nanoparticles (ZrO₂@AuNPs), copper (I) oxide and manganese (IV) oxide (Cu₂O@MnO₂), and immobilized choline oxidase (Cox) onto a glassy carbon electrode (GCE) (Cox/Cu₂O@MnO₂/ZrO₂@AuNPs/GCE) has been developed for enhancing the electrocatalytic property, sensitivity, and stability of the amperometric choline biosensor. The Cox/Cu₂O@MnO₂/ZrO₂@AuNPs/GCE displayed an excellent electrocatalytic response to the oxidation of the byproduct H₂O₂ from the choline-catalyzed reaction, which exhibited a charge transfer rate constant of 0.97 s⁻¹, diffusion coefficient value 4.50 × 10⁻⁶ cm² s⁻¹, electroactive surface area 0.24 mm², and surface concentration 0.54 × 10⁻⁸ mol cm⁻². The modified electrode also provided a wide linear range of choline concentration from 0.5 to 1,000.0 µM with good sensitivity (97.4 µA cm⁻² mM⁻¹) and low detection limit (0.3 µM). This choline biosensor presented high repeatability (%RSD = 2.90, n = 5), excellent reproducibility (%RSD = 2.90, n = 5), long-term usage (n = 28 with %I > 50.0%), and good selectivity without interfering effects from possible electroactive species such as ascorbic acid, aspirin, amoxicillin, caffeine, dopamine, glucose, sucrose, and uric acid. This optimal method was successfully applied for choline measurement in human blood samples, which demonstrated highly accurate and excellent reliability in the recovery range from 97.10 to 103.90%.

Abstract: คอปเปอร์ (I) ออกไซด์และแมงกานีส (IV) ออกไซด์ เป็นวัสดุใหม่ที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นและถูกนำไปใช้สำหรับดัดแปลงลงบนพื้นผิวหน้าขั้วไฟฟ้ากลาสซีคาร์บอน เพื่อใช้เป็นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เซนเซอร์ วัสดุคอมโพสิตนี้ถูกศึกษาโครงสร้างและลักษณะทางสัณฐานวิทยาโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด เทคนิคการกระจายพลังงานของรังสีเอกซ์ เทคนิควิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ และฟูเรียร์ทรานสฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี คอปเปอร์ (I) ออกไซด์และแมงกานีส (IV) ออกไซด์แสดงการตอบสนองทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมต่อปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ซึ่งให้ค่าคงที่อัตราการแลกเปลี่ยนประจุเท่ากับ 0.56 ต่อวินาที ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจาย 1.65 × 10⁻⁵ ตารางเซนติเมตรต่อวินาที พื้นที่ผิวของการเกิดปฏิกิริยา 0.12 ตารางมิลลิเมตร และความเข้มข้นพื้นผิวปกคลุม 1.04 × 10⁻⁸ โมลต่อตารางเซนติเมตร ในสภาวะที่เหมาะสม เซนเซอร์ที่สร้างขึ้นจะมีช่วงความเป็นเส้นตรงตั้งแต่ 0.5 ไมโครโมลาร์ ถึง 20 มิลลิโมลาร์ โดยมีขีดจำกัดการตรวจวัดที่ต่ำ 63 นาโนโมลาร์ (3 เท่าของกระแสพื้น) และความไวที่ดี 256.33 ไมโครแอมแปร์ต่อมิลลิโมลาร์ต่อตารางเซนติเมตร นอกจากนี้ยังมีความเสถียรสูง (±15%, n = 100) ความสามารถในการตรวจวัดซ้ำ (1.25% RSD, n = 10) และความสามารถในการผลิตซ้ำ (3.55% RSD, n = 10) ผลการวิจัยพบว่า คอปเปอร์ (I) ออกไซด์และแมงกานีส (IV) ออกไซด์ เป็นแพลตฟอร์มใหม่สำหรับการตรวจวัดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ วัสดุโลหะคอมโพสิตเซอร์โคเนียมเคลือบอนุภาคทองนาโนพาร์ทิเคิล คอปเปอร์ (I) ออกไซด์และแมงกานีส (IV) ออกไซด์ และการตรึงโคลีนออกซิเดสลงบนขั้วไฟฟ้ากลาสซีคาร์บอน (Cox/Cu₂O@MnO₂/ZrO₂@AuNPs/GCE) ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อเพิ่มคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า ความไว และความเสถียรของแอมเปอร์โรเมตริกโคลีนไบโอเซนเซอร์ ขั้วไฟฟ้าที่ปรับปรุงแสดงการตอบสนองทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมต่อการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เกิดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของโคลีน ซึ่งมีค่าคงที่การแลกเปลี่ยนประจุเท่ากับ 0.97 ต่อวินาที, ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่เท่ากับ 4.50 × 10⁻⁶ ตารางเซนติเมตรต่อวินาที, พื้นที่ผิวขั้วไฟฟ้าที่เกิดปฏิกิริยา 0.24 ตารางมิลลิเมตร และความเข้มข้นที่ผิวหน้าขั้วไฟฟ้า 0.54 × 10⁻⁸ โมลต่อตารางเซนติเมตร ขั้วไฟฟ้าที่ได้รับการปรับปรุงสามารถตรวจวัดโคลีนได้ในช่วงความเป็นเส้นตรง 0.5 ถึง 1,000 ไมโครโมลาร์ มีความไว 97.4 ไมโครแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตรต่อมิลลิโมลาร์ และขีดจำกัดการตรวจวัดที่ต่ำ (0.3 ไมโครโมลาร์) โคลีนไบโอเซนเซอร์แสดงให้เห็นค่าการตรวจวัดซ้ำที่มีประสิทธิภาพสูง (%RSD = 2.90, n = 5), การผลิตซ้ำที่ดีเยี่ยม (%RSD = 2.90, n = 5), สามารถใช้งานได้หลายครั้ง (n = 28 โดยมี %I > 50.00%) และมีความจำเพาะ ไม่ถูกรบกวนจากสารที่มีผลทางไฟฟ้า เช่น กรดแอสคอร์บิก แอสไพริน อะม็อกซีซิลลิน คาเฟอีน โดปามีน กลูโคส ซูโครส และกรดยูริก วิธีการที่ดีที่สุดนี้ถูกนำไปใช้ในการตรวจวัดโคลีนในตัวอย่างเลือดมนุษย์ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่ยอดเยี่ยมในช่วงการกลับคืน 97.10 ถึง 103.90%

มหาวิทยาลัยแม่โจ้. สำนักหอสมุด

Address: เชียงใหม่

Email: mjudc@mju.ac.th

Name: Tanin Tangkuaram

Role: Chair

Name: Anchana Preechaworapun

Role: Committee

Name: Sairoong Muangpil

Role: Committee

Created: 2019

Modified: 2568-10-05

Issued: 2568-09-18

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

Th

tha

DegreeName: Doctor of Philosophy (Doctor of Philosophy (Applied Chemistry)

Level: Master's Degree

Descipline: ปรัชญาดุษฎีบัณฑิต (ปรัชญาดุษฎีบัณฑิต (เคมีประยุกต์)

Grantor: Maejo University

©copyrights มหาวิทยาลัยแม่โจ้

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	fulltext.pdf	11.19 MB

ใช้เวลา

0.036668 วินาที