Ανάπτυξη ηλεκτροχημικών βιοαισθητήρων με τη χρήση νανοϋλικών και εφαρμογή τους στη βιοανάλυση:
Creators: name: Σέρπη, Κωνσταντίνα
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Νανοσωλήνες
Βιοασθητήρας
Δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ
Ηλεκτροχημικός
Nanotubes
DNA
Electrochemical
Biosensor

description: Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την ανάπτυξη νέων ηλεκτροχημικών βιοαισθητήρων DNA με τη χρήση νανοϋλικών και συγκεκριμένα νανοσωλήνων άνθρακα με σκοπό την ελάττωση της απαιτούμενης συγκέντρωσης των βιομορίων και κατ΄ επέκταση τη βελτίωση των προοπτικών χρήσης της βολταμμετρίας στην ανάλυση των νουκλεϊκών οξέων (ΝΑς). Αρχικά, κατασκευάστηκαν τρία ηλεκτρόδια πάστας νανοσωλήνων άνθρακα (MWNTPEs), χρησιμοποιώντας τρεις διαφορετικούς τύπους νανοσωλήνων άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MWNTs), αντίστοιχα, οι οποίοι διέφεραν ως προς τις διαστάσεις τους. Διαπιστώθηκε αύξηση του σήματος οξείδωσης της γουανίνης σε σύγκριση με εκείνο που λαμβάνεται με τα συμβατικά ηλεκτρόδια πάστας άνθρακα (CPEs). Με βάση το σήμα οξείδωσης της γουανίνης, στις επιλεγόμενες αναλυτικές συνθήκες, πολύ χαμηλά επίπεδα του dsDNA μπορούν να ανιχνευθούν μετά από σύντομους χρόνους ακινητοποίησης και με τα τρία ηλεκτρόδια MWNTPEs (MWNTPE1, MWNTPE2, MWNTPE3) με όρια ανίχνευσης ίσα με 2,64 mg L-1, 2,02 mg L-1 και 1,46 mg L-1, αντίστοιχα.. Στη συνέχεια, κατασκευάστηκε ένα ηλεκτρόδιο με εναπόθεση υμενίου υδραργύρου σε ηλεκτρόδιο υαλώδους άνθρακα τροποποιημένου με νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MF / MWNTs / GCE).Το MF / MWNTs / GCE χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση μονόκλωνου (ss) και δίκλωνου (ds) DNA, καθώς και για την ανάλυση ενζυμικά μεθυλιωμένου Jurkat DΝΑ σε διαφορετικούς βαθμούς. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα και με βάση τη μέγιστη μείωση της καθοδικής κορυφής της κυτοσίνης και της αδενίνης (CA κορυφή), η οποία δείχνει υψηλή ευαισθησία στη δομή του DNA, εφόσον οι αναγόμενες περιοχές στην αδενίνη και την κυτοσίνη αποτελούν τμήμα των δεσμών υδρογόνου και κρύβονται στο εσωτερικό της διπλής έλικας του μοντέλου Watson-Crick, το ηλεκτρόδιο MF / MWNTs / GCE μπορεί να ανιχνεύσει χαμηλά επίπεδα των μορίων του DNA, έπειτα από την ex situ προσρόφηση του, με τη βοήθεια της προσροφητικής αναδιαλυτικής βολταμμετρίας (AdS) τετραγωνικού παλμού (SWV). Επίσης, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το ηλεκτρόδιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση του δίκλωνου (ds) από το μονόκλωνο (ss) DNA και για την ανίχνευση μεταβολών που προκύπτουν από την παρουσία μεθυλίωσης σε ένα μόριο DNA.Κατόπιν, κατασκευάστηκε ένα ηλεκτρόδιο πάστας νανοσωλήνων άνθρακα με τη χρήση του 1-βουτυλο-4-μεθυλοπυριδινικού εξαφθοροφωσφορικού ιοντικού υγρού, ως συνδετικού μέσου (IL-CNTPE). Με τη χρήση του ηλεκτροδίου αυτού επιτεύχθηκε άμεση ηλεκτροχημική μελέτη του dsDNA. Με βάση το σήμα οξείδωσης της γουανίνης, στις επιλεγόμενες αναλυτικές συνθήκες, πολύ χαμηλά επίπεδα του dsDNA μπορούν να ανιχνευθούν μετά από σύντομο χρόνο ακινητοποίησης και με όριο ανίχνευσης ίσο με 0,249 mg L-1, χρησιμοποιώντας την τεχνική της προσροφητικής αναδιαλυτικής βολταμμετρίας διαφορικού παλμού (AdSDPV).Τέλος, ένα ηλεκτρόδιο πάστας γραφίτη άνθρακα μορφοποιημένο με νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MWNTs/CPE) χρησιμοποιήθηκε ως βάση για την περαιτέρω μορφοποίηση με κατιονικές τασενεργές ουσίες, όπως το βρωμιούχο δωδεκυλοτριμεθυλαμμώνιο (DTAB) και το βρωμιούχο τετραδεκυλοτριμεθυλαμμώνιο (TTAB). Τα ηλεκτρόδια DTAB/MWNTs/CPE και ΤTAB/MWNTs/CPE χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό του dsDNA.. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η παρουσία των κατιονικών τασιενεργών μπορεί να ενισχύσει την προσρόφηση του dsDNA στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου MWNTs / CPE. Με βάση το σήμα οξείδωσης της γουανίνης, στις επιλεγόμενες αναλυτικές συνθήκες, πολύ χαμηλά επίπεδα του dsDNA μπορούν να ανιχνευθούν μετά από σύντομο χρόνο ακινητοποίησης και με όρια ανίχνευσης ίσα με 0,650 mg L-1 και 0,119 mg L-1, χρησιμοποιώντας την τεχνική της προσροφητικής αναδιαλυτικής βολταμμετρίας διαφορικού παλμού (DPΑSV), για τα ηλεκτρόδια DTAB/MWNTs/CPE και ΤTAB/MWNTs/CPE, αντίστοιχα.
description: Electrochemical biosensors have received enormous attention as they combine the analytical power of electrochemical methods with the specificity of NAs recognition processTo improve the sensitivity of DNA biosensor, nanomaterials, such as carbon nanotubes (CNTs), were used combined with electrochemical methods. In the beggining, the overall performance of three types of multi-walled carbon nanotubes paste electrodes (MWNTPEs) was studied and discussed in terms of optimal analytical conditions, such as the electrochemical pretreatment and the accumulation conditions of the dsDNA on the MWNTPEs. Also, using adsorptive transfer stripping voltammetry (AdSTV), the studied carbon nanotubes paste electrodes (CNTPEs have been shown to be very suitable for the determination of the calf thymus dsDNA. Based on the signal of guanine, under the optimal conditions, very low levels of dsDNA can be detected following short accumulation times for all the types of MWNTPEs (MWNTPE 1, MWNTPE 2, MWNTPE 3), with detection limits of 2.64 mg L-1, 2.02 mg L-1 and 1.46 mg L-1, respectively. Additionally, the dsDNA isolated from rat liver tissues is determined by use of the previously mentioned MWNTPEs. The next step of this study was the fabrication of a new electrode by plating a mercury film on a glassy carbon electrode previously modified with multi walled carbon nanotubes (MF / MWNTs / GCE). The MF / MWNTs / GCE was used for the analysis of single (ss) and double stranded (ds) DNA, as well as for Jurkat genomic DNAs methylated to different degree. The results indicated that the DNA molecules adsorbed quite strongly at the MF / MWNTs / GCE surface allowing the ex situ adsorption and produce well developed peaks (due to cytocine and adenine)) by using adsorptive stripping (AdS, ex situ) square wave voltammetry (SWV). Also, SWV of Jurkat DNA mixtures methylated to different degrees revealed a linear decrease of the peak height with increasing methylation indicating an increase of structural rigidity.Later to the study, combining the ability of CNTs to promote the adsorption and the electron–transfer reactions with the attractive remarks of the ILs, a paste electrode based on carbon nanotubes and room temperature ionic liquid has been prepared using MWNTs mixed with 1-Butyl-4-methylpyridinium hexafluorophosphate (IL-CNTPE) and used for the study of dsDNA.. Based on the oxidation peak of guanine, under the optimal conditions, very low levels of dsDNA can be detected following short accumulation time with detection limit of 0.249 mg L-1 by differential pulse voltammetry (DPV). Lately in our work, a CPE modified with MWNTs has been used as the platform for further modification with surface-confined films associated with cationic surfactants, such as dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB) and tetradecyltrimethylammonium bromide (TTAB). These novel electrodes (DTAB/MWNTs/CPE and TTAB/MWNTs/CPE) have been applied for the determination of dsDNA with much success. According to the results, an appropriate amount of the cationic surfactants can prompt the assembly of dsDNA on the MWNTs/CPE surface. The ability of the DTAB and TTAB to bind to polyelectrolyte chains bearing electrical charges of opposite sign contributed to the enhanced adsorption of dsDNA on the electrode surface and led to improved sensitivity.