طراحی و ساخت الکترودهای اصلاح شده با نانو کامپوزیتهای مغناطیسی برای تثبیت آنزیمها و کاربرد آنها در ساخت زیست حسگرها

در قسمت اول تحقیق، الکترود کربن شیشه ای (gc) اصلاح شده با نانوکامپوزیت نانولوله های کربن چنددیواره / مایع یونی n- بوتیل- n- متیل- پیرولیدینیم- بیس (تری فلوئورو متیل -سولفونیل) ایمید [c4mpyr][ntf2] (mwcnts/il) بعنوان بستری عالی جهت تثبیت الکتروشیمیایی محصولات اکسایش nad+ (ox-p(nad+)) بکار گرفته شده است. نتایج ولتامتری چرخه ای حاکی از توانایی الکترود gc اصلاح شده با mwcnts/il/ox-p(nad+) جهت کاتالیز اکسایش nadh در پتانسیل بسیار پایین (v 05/0 نسبت به ag/agcl) و در نتیجه مقدار کاهش قابل توجهی در اضافه ولتاژ (حدود mv 600) در قیاس با الکترود gc اصلاح نشده بود. نتایج بدست آمده در تعیین آمپرومتری nadh با این الکترود اصلاح شده نشان از حساسیت بالای حسگر با حد تشخیص بسیار پایین (nm 20)، پتانسیل اعمال شده کم (v 05/0) در گستره غلظتی تا µm 42 و حداقل آلودگی سطح الکترود داشتند. با استفاده از آنزیم الکل دهیدروژناز (adh) بعنوان آنزیم مدل، امکان اندازه گیری اتانول توسط سیستم پیشنهاد شده تست گردید. نتایج نشان دادند که پاسخ زیست حسگر به طور خطی با افزایش غلظت اتانول در دو گستره غلظتی شامل µm 60-5 و µm 900-60 افزایش پیدا می کند. همچنین زیست حسگر اتانول دارای حد تشخیص کم (µm 5/0) و زمان پاسخ سریع s 10 بود. در قسمت دوم این رساله، از یک روش هم رسوبی ساده جهت تولید در محل نانوذرات مغناطیسی fe3o4 بر روی نانولوله های کربنی چنددیواره (mwcnts) استفاده شد. نتایج ولتامتری چرخه ای حاکی از توانایی بالای الکترود gc اصلاح شده با fe3o4/mwcnts جهت کاتالیز اکسایش nadh در پتانسیل بسیار کم (mv 0/0 بر حسب ag/agcl) و در نتیجه کاهش قابل ملاحظه-ای در اضافه ولتاژ (mv 650) در مقایسه با الکترود gc اصلاح نشده بود. جریان حاصل از اکسایش کاتالیزوری امکان تعیین آمپرومتری nadh در پتانسیل اعمال شده پایین mv 0/0 (ag/agcl) با حد تشخیص µm 3/0 و گستره پاسخ خطی تا حد µm 300 را فراهم نمود. تعیین لاکتات با استفاده از تکنیک ولتامتری پالس تفاضلی (dpv) بر روی الکترود gc اصلاح شده با fe3o4/mwcnt/ldh/nad+، منجر به پاسخهای خطی در گستره غلظتی µm 500-50 با حد تشخیص µm 5 و حساسیت µa mm-1 67/7 گردید. در قسمت سوم رساله حاضر، نانوکامپوزیت نانوذرات مغناطیسی fe3o4/نانوورقه های گرافن اکسید کاهیده (r-go) (fe3o4/r-go) سنتز شده و پس از اصلاح الکترود کربن شیشه ای با آن، کاربرد الکترود حاصله بعنوان سیستمی جدید در ساخت و طراحی حسگرها و زیست حسگرهای الکتروشیمیایی گزارش گردیده است. کارایی بالقوه سیستم الکتروشیمیایی fe3o4/r-go/gc با استفاده از انواع مختلفی از ترکیبات الکتروفعال مهم معدنی و آلی مورد بررسی قرار گرفت. این ترکیبات دربرگیرنده مولکولهای مرتبط به سیستمهای اکسیداز/دهیدروژناز (h2o2/nadh)، چهار باز آزاد dna (گوانین (g)، آدنین (a)، تیمین (t) و سیتوزین (c))، ایمونوگلوبولین e (ige) بعنوان یک پروتئین مدل هدف و نیتریت بعنوان یک آنالیت مهم معدنی بودند. مطالعات الکتروشیمیایی نشان دادند که الکترود fe3o4/r-go/gc از فعالیت الکتروکاتالیزوری عالی در اکسایش nadh در پتانسیل کوچک v 05/0 (برحسب sce) و همچنین کاهش کاتالیزوری o2 و h2o2 برخوردار است. با تثبیت لاکتات دهیدروژناز (ldh) یا گلوکز اکسیداز (gox) بعنوان آنزیمهای مدل اکسیداز/دهیدروژناز بر روی الکترود fe3o4/r-go/gc، قابلیت الکترود اصلاح شده در اندازه گیری گلوکز و لاکتات به خوبی اثبات گردید. بعلاوه با بکارگیری ولتامتری پالس تفاضلی (dpv) برای بررسی رفتار اکسایش الکتروشیمیایی چهار باز آزاد dna در الکترود fe3o4/r-go/gc معلوم گردید که الکترود اصلاح شده فعالیت الکتروکاتالیزوری بالایی برای تعیین همزمان این بازها دارا بوده و جدایی پیک مربوط به بازهای مورد نظر قابل توجه می باشد. علاوه بر این یک روش طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (eis) بدون نشانه برای اندازه گیری ige بر پایه الکترود اصلاح شده fe3o4/r-go/gc گزارش شد که اساس آن، اندازه گیری تغییرات امپدانس مربوط به میزان اتصال ige به آپتامرهای تثبیت شده بر سطح الکترود fe3o4/r-go/gc بود. از تکنیک eis همچنین جهت مطالعه فرایندهای تثبیت و هیبریدیزاسیون dna استفاده شده و بر همین اساس، روشی با قابلیت بالا جهت اندازه گیری بدون نشانه فرایند هیبریدیزاسیون dna گزارش شد. در نهایت بر پایه فعالیت الکتروکاتالیزوری بسیار قوی الکترود fe3o4/r-go/gc هم برای اکسایش و هم کاهش نیتریت، یک حسگر آمپرومتری با حساسیت بالا در اندازه گیری نیتریت پیشنهاد گردید.