نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

طراحی و ساخت نانو الکتروکاتالیست خودآرایی شونده مبتنی بر گرافن متخلخل/ پلیمر/آنزیم گلوکز اکسیداز برای تشخیص و اندازه گیری گلوکز

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده
ابوالفضل میرزاپور
گروه نانوبیوتکنولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.
چکیده
بسترهای نانومتری چندلایه مبتنی بر گرافیت به عنوان حوزه ای جدید در طراحی و ساخت زیست کاتالیست­ ها ظهور کرده است. نانوسطح های لایه لایه و خودآرایی شونده می تواند سطح قابل دسترس چشمگیری برای استقرار داروها، سامانه­ های زیستی و آنزیم ­های فعال در تشخیص نشانگرهای زیستی فراهم آورد. در این مطالعه، یک بیوالکترود جدید با خودآرایی گرافن متخلخل و پلیمر غنی از گوانین ساخته شد. گرافن متخلخل که به صورت صفحات لوله­ ای روی هم تابیده شده است، آبگریز بوده و با پلیمر غنی از گوانین برای استقرار آنزیم گلوکز اکسیداز عامل‌دار شد. صفحات گرافنی به واسطه برهمکنش با پلیمر های اشباع از گوآنین در محیط آبی به صورت کامل توزیع شده است. پاسخ الکتروشیمیایی بیوالکترود به گلوکز به عنوان مدلی برای بیوالکتروکاتالیست مورد مطالعه قرار گرفت. بیوالکترود پاسخ خطی به غلظت گلوکز در محدوده 0.2 تا 2 میلی مولار، حساسیتی به میزان 0.092 میکرو آمپر/میکرومولار/سانتی­ متر مربع و حد تشخیص 0.086 میکرو مولار را  نشان داد. این پژوهش نشان داد که گرافن متخلخل می­ تواند برای ساخت رابط‌های بیوالکترونیکی و ساخت دستگاه‌های زیستی الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
نانوالکتروکاتالیست
گلوکز اکسیداز
گرافن متخلخل
پلیمر خطی
گلوکز

موضوعات

[1] Park S., Vosguerichian M. Zhenan Bao, A Review of Fabrication and Applications of Carbon Nanotube Film-Based Flexible Electronics, Nanoscale, 5: 1727 (2013).
[2] Avouris Ph., Dimitrakopoulos Ch., Graphene: Synthesis and Applications, materials today, 15(3): 86-97 (2012).
[3] Li N., Zhang Q., Gao S., Song Q., Huang R., Wang L., Liu L., Dai J., Tang M., Cheng G., Three-Dimensional Graphene foam as a Biocompatible and Conductive Scaffold for Neural Stem Cells, Scientific reports, 3: 1604 (2013).
[4] Zhao Ch., Xua X., Chena J., Wang G., Yang F., Highly Effective Antifouling Performance of PVDF/Graphene Oxide Composite Membrane in Membrane Bioreactor (MBR) System, Desalination, 340: 59-66 (2014).
[5] Goenkaa S., Santa V., Sant Sh., Review Graphene-Based Nanomaterials for Drug Delivery and Tissue Engineering, Journal of Controlled Release, 173: 75-88 (2014).
[6] Parlak O., Seshadri P., Lundström I., Turner A.P.F., Tiwari A., Two-dimensional gold-tungsten Disulphide Bio-Interface for High-Throughput Electrocatalytic Nano-Bioreactors, Advanced Materials Interfaces, 1(6): (2014).
[7] Parlak O., Tiwari A., Turner A.P.F., Tiwari A., Template-Directed Hierarchical Self-Assembly of Graphene Based Hybrid Structure for Electrochemical Biosensing, Biosensors and Bioelectronics, 49: 53-62, 2013.
[8] Yan W.,   Seifermann S. M., Pierratd Ph., Bräse S., Synthesis of Highly Functionalized C60 Fullerene Derivatives and Their Applications in Material and Life Sciences, Org. Biomol. Chem, 13: 25-54 (2015).
[9] Chen Z., Ren W., Gao L., Liu B., Pei S., Cheng H.-M., Three-Dimensional Flexible and Conductive Interconnected Graphene Networks Grown by Chemical Vapor Deposition, Nat. Mater, 10(1): (2011).
[10] Mecklenburg M., Schuchardt A., Kumar Mishra Y., Kaps S., Adelung R., Lotnyk A., Kienle L., Schulte K., Aerographite: Ultra Lightweight, Flexible Nanowall, Carbon Microtube Material with Outstanding Mechanical Performance, Adv. Mater, 24: 3486-3490 (2012).
[11] Xia1 X.H., Chao1 D.L., Zhang Y.Q., Shen Z.X., Fan H.J., Three-Dimensional Graphene and Their Integrated Electrodes, Nano Today, 9: 785-807 (2014).
[12] Cao X., Yin Z., Zhang H., Three-Dimensional Graphene Materials: Preparation, Structures and Application in Supercapacitors, Energy Environ. Sci, 7: 1850 (2014).
[13] Fang a,b Q., Shen a,c Y., Chen B., Synthesis, Decoration and Properties of Three-Dimensional Graphene-Based Macrostructures, Chemical Engineering Journal, 264: 753-771 (2015).
[14] Yang Z.J., Cao Y., Li J., Jian Z.Q., Zhang Y.C., Hu X.Y., Platinum Nanoparticles Functionalized Nitrogen Doped Graphene Platform for Sensitive Electrochemical Glucose Biosensing, Anal. Chim. Acta, 871: 35-42 (2015).
[15] Liu Z.G., Guo Y.J., Dong C., A High Performance Nonenzymatic Electrochemical Glucose Sensor Based on Polyvinylpyrrolidone-Graphene Nanosheets-Nickel Nanoparticles-Chitosan Nanocomposite, Talanta, vol. 137, pp. 87-93 (2015).
[16] Zhan B.B., Liu C.B., Chen H.P., Shi H.X., Wang L.H., Chen P., Huang W., Dong X.C., Free-Standing Electrochemical Electrode Based on Ni(OH)(2)/3D Graphene foam for Nonenzymatic Glucose Detection, Nanoscale, 6(13): 7424-7429 (2014).
[17] Alwarappan S., Liu Ch., Kumar A., Li Ch.Z., Enzyme-Doped Graphene Nanosheets for Enhanced Glucose Biosensing, J. Phys. Chem. C, 114: 30 (2010).
 [18] Nie H., Yao Z., Zhou X., Yang Z., Huang S., Nonenzymatic Electrochemical Detection of Glucose Using Well-Distributed Nickel Nanoparticles on Straight Multi-Walled Carbon Nanotubes, Biosens. Bioelectron. 30: 28-34 (2011).
[19] Chen J., Zhang W.D., Ye J.S., Nonenzymatic Electrochemical Glucose Sensor Based on MnO2/MWNTs Nanocomposite, Electrochem. Commun. 10: 1268-1271 (2008).
[20] Yang J., Zhang W.D., Gunasekaran S., An Amperometric Non-Enzymatic Glucose Sensor by Electrodepositing Copper Nanocubes onto Vertically Well-Aligned Multi-Walled Carbon Nanotube Arrays, Biosens. Bioelectron. 26: 279-284 (2010).
[21] Lin Y.H., Lu F., Tu Y., Ren Z.F., Glucose Biosensors Based on Carbon Nanotube Nanoelectrode Ensembles, Nano Lett. 4: 191-195 (2004).
[22] Lim S.H., Wei J., Lin J.Y., Li Q.T., Kuayou J.A, glucose Biosensor Based on Electrodeposition of Palladium Nanoparticles and Glucose Oxidase onto Nafion-Solubilized Carbon Nanotube Electrode, Biosens Bioelectron. 20: 2341–2346 (2005).
[23] Tang W., Li L., Wu L., Gong J., Zeng X., Glucose Biosensor Based on a Glassy Carbon Electrode Modified with Polythionine and Multiwalled Carbon Nanotubes, PLoS ONE, 9(5): (2014).
[24] Valentini F., Fernandez G., Tamburri E., Palleschi G., Single Walled Carbon Nanotubes/Polypyrrole–GOx Composite Films to Modify Gold Microelectrodes for Glucose Biosensors: Study of the Extended Linearity, Biosens Bioelectron. 43: 75-78, (2013).
[25] Raicopol M., Pruna A,, Damian C., Pilan L., Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes/Polypyrrole Composites for Amperometric Glucose Biosensors, Nanoscale Res Lett. 8(1): 316 (2013).
[26] Konios D., Minas Stylianakis M., Stratakis E., Kymakis E., Dispersion Behavior of Graphene Oxide and Reduced Graphene Oxide, Journal of Colloid and Interface Science, 430: 108–112, (2014).
[27] Das B., Prasad K.E., Ramamurty U., Rao C.N.R., Nano-Indentation Studies on Polymer Matrix Composites Reinforced by Few-Layer Graphene, Nanotechnology, 20(12): (2009).
[28] Gauglitz G., Analytical Evaluation of Sensor Measurements, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 410(1): 5-13 (2018).
[29] Ranjbar B., Gill P., Circular Dichroism Techniques: Biomolecular and Nanostructural Analyses- A Review, Chem. Biol. Drug Des. 74: 101 (2009).
[30] Bard A.J., Faulkner L.R., Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, Wiley, (2000).
[31] Danaee I., Jafarian M., Mirzapoor A., Gobal F., Mahjani M.G., Electrooxidation of Methanol on NiMn Alloy Modified Graphite Electrode, Electrochimica. Acta. 55: 2093–2100, (2010).