کاربرد گرافن در ساخت زیست حسگرهای ولتامتری

نانوکامپوزیت‌های گرافن برای طراحی نسل جدیدی از حسگرهای شیمیایی و بیولوژیکی به علت خواص فیزیکی و شیمیایی برجسته، فعالیت کاتالیزوری عالی و هزینه کم تولید، مورد استفاده قرار گرفته است.

عملکرد زیست حسگرهای ولتامتری مختلف برپایه‌ی نانوکامپوزیت گرافن در جدول 1 ارائه شده است. به خوبی مشخص شده است که یون‌های فلزات سنگین می‌توانند خطرات زیادی برای سلامتی ایجاد کنند و بنابراین حد تشخیص و حساسیت در روش های اندازه گیری یون‌ها بسیار مهم است. استفاده از گرافن در نانوکامپوزیت‌ها در کاربرد زیست‌حسگر بخاطر خواص منحصر بفرد آن در زمینه رسانای الکتریکی مطلوب، انعطاف پذیری، سبکی و قدرت استحکام مناسب باعث بهبود عملکرد و پیشرفت در خواص زیست‌حسگر شده است. گرافن باعث بهبود محدوده خطی و رابطه مطلوب بین غلظت و جریان شده است. حد تشخیص، حساسیت حسگر و زمان پاسخدهی آن از دیگر مواردی است که استفاده از گرافن منجر به ارتقاء ویژگی‌های آنها شده است. در ادامه به بررسی برخی پژوهش‌ها در این زمینه می‌پردازیم.

ژو [1] به طور همزمان با استفاده از ولتامتري عریان‌سازی موج مربعی، اندازه‌گیری Cd2+  و Pb2+ بر روی الکترود فيلم بيسموت کامپوزيتي اصلاح شده با نانو ذرات طلا-گرافن انجام داد. اثر سینرژی و هم‌افزایی سیستئین و همچنین سطح فعال بزرگ، و هدایت الکتریکی خوب نانو ذرات طلا و گرافن باعث رسوب Cd2+  و Pb2+ روی سطح الکترود شد. تحت شرایط مطلوب، رابطه خطی بین جریان و غلظت Cd2+  و Pb2+ در محدوده بین 50/0 تا 40 میکروگرم  بر لیتر با حد تشخیص 10/0 میکروگرم  بر لیتر برای Cd2+  و 05/0 میکروگرم  بر لیتر  برای Pb2+ وجود دارد. ژانگ [2] یک رابط سنجش پایدار را بر اساس تقویت کووالانسی GO روی بستر طلا برای تعیین همزمان Pb2+، Cu2+  و Hg2+ توسعه داد. Osteryoung با استفاده از ولتامتری موج مربعی، سه یون را با پتانسیل حدود 3/0 ولت جداسازی کرد و [1]DL یا همان حد تشخیص به ترتیب به کمتر از 3/0، 7/1 و 7/1ppb رسیدند. حساسیت بالا ناشی از اتصال GO به گروه فنیل انتهایی الکترودهای طلا بود که موجب برقراری پیوند الکترونی سریع‌تر بین یون های فلزی و زیرلایهها (پیش ماده)  شد.

[1] Detection limits

سیلوانا [3] حسگر نانوذرات آنتیموان پر شده با  rGO را برای الکتروآنالیز فلزات گروه پلاتین ساخت. رفتار الکتروشیمیایی فلزات گروه پلاتین در الكترود اصلاح شده با استفاده از ولتامتری عریان‌سازی پالس اختلافی کاتدی جذبی در حضور دی متیل‌گلی‌اكسیم به عنوان عامل کی‌لیت کننده مورد مطالعه قرار گرفت. کومار  [4]حسگر الکتروشیمیایی بسیار حساس و انتخابی برای تشخیص آرسنیک با استفاده از L-لوسین به عنوان عنصر تشخیص زیستی مبتنی بر اکسید گرافن گزارش کرد. حسگر، حساسیت بالا و تکرارپذیری در محدوده 30 μA.ppm-1.cm-2  با حد تشخیص  5/0  ppm نشان داد و برای تشخیص آرسنیک در نمونه‌های واقعی زیست محیطی مورد استفاده قرار گرفت. کارهای متعددی برای توسعه حسگرهای برپایه‌ی نانوکامپوزیت گرافن برای آنالیز ولتامتری مولکول‌های آلی کوچک انجام شده است که نقش مهمی در سیستم زیست پزشکی دارد و ممکن است بر سلامت ما تأثیر بگذارد. دوپامین[1] (DA) یک انتقال دهنده عصبی کتیکول‌آمین مهم است که در نمونه‌های سرمی در غلظت فیزیولوژیکی بسیار کم یافت می‌شود. اغلب همراه با غلظت بالای اسید آسکوربیک (AA) و اسید اوریک (UA) وجود دارد.

[1] Dopamine

ژائو [5] یک حسگر الکتروشیمیایی برای تشخیص همزمان آمینواسید، دوپامین و اوریک اسید را با استفاده از رسوب الکتروشیمیایی MgO بر روی الکترود سیمی تانتالیوم اصلاح شده با گرافن توسعه داد. این حسگر نه تنها عملکرد الکتروکاتالیستی خوب نسبت به اکسیداسیون این سه ماده نمایش داد، بلکه همچنین پیک‌های اکسیداسیون همپوشانی شده در تکنیک ولتامتری چرخه‌ای این سه گونه را به صورت سه پیک مجزا از هم تفکیک کرد. سیزجاسمون[1] (CJ) یک متابولیت مشتق شده از بیوسنتز اسید جاسمونیک است که می‌تواند سطوح بنزوکسازینوئید را در محصولات تغییر داده و جمعیت شته را کاهش دهد. یک حسگر جدید CJ بر پایه نانوکامپوزیت رسوب داده شده به روش الکتروشیمیایی PTA-C60-GO [6] تهیه شد که توانایی الکتروکاتالیستی بالا و قابلیت انباشت برای اکسیداسیون الکتروشیمیایی مستقیم CJ با اکسیداسیون ظاهری کاهش یافته نسبت به پتانسیل و حساسیت بالاتر داشت. نیبوولول[2] یک گیرنده ی رقابتی و بسیار انتخابی است که معمولا برای درمان فشار خون بالا و نارسایی مزمن قلبی استفاده می‌شود. اِر [7] تجزیه الکتروشیمیایی نیبوولول را بر روی الکترود اصلاح شده نانو کامپوزیت گرافن با استفاده از تکنیک‌های ولتامتری گزارش کرد.

[1] Cisjasmone

[2] Nebivolol

این حسگر یک رابطه خطی خوب بین جریان پیک اکسیداسیون با توجه به غلظت نیبوولول در محدوده 5/0 ~ 24 میکرومولار با DL پایین 46 نانومولار نشان داد. ايميداکلوپريد يک حشره‌کش بسيار موثر است و در محيطي قرار دارد، اثرات جدي بر محيط طبيعي و سلامت بشري دارد. لی [8] یک الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح شده با گرافن را برای تشخیص سریع و حساس الکتروشیمیایی حشره‌کش ايميداکلوپريد با انتخاب‌گری و پایداری بالا ساخت. جریان خطی پیک کاهش با اندازه‌گیری غلظت امیداکلوپرید در محدوده 8/0 تا 10 میکرومتر و حد تشخیص 36/0 میکرو مولار به دست آمد. کلنبوترول[1] اغلب به طور غیرقانونی به عنوان افزودنی در مواد غذایی برای دام‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد تا رشد ماهیچه‌ها را افزایش داده و میزان چربی را کاهش دهد. وانگ [9] یک حسگر الکتروشیمیایی جدید را برای کلنبوترول برپایه‌ی فیلم کامپوزیتی اصلاح شده ایزوپروپانول-نفیونPSSrGO بر روی سطح الکترودهای کربن شیشه‌ای گزارش کرد. با استفاده از LSV، عملکرد الکتروکاتالیستی بالا نسبت به اکسیداسیون کلنبوترول در محدوده خطی 7.5 × 108 ~ 2.5 × 105  مولار  و حد تشخیص 2.2 × 108    مولار به دست آمد. اندازه‌گیری هموگلوبین گلیکوزیله[2] برای کنترل طولانی مدت قند خون دیابت، بدون آنکه بر نوسانات کوتاه مدت گلوکز خون اثر بگذارد، بسیار مفید است. ژو [10] یک حسگر ولتامتری برای اندازه‌گیری هموگلوبین گلیکوزیله بر‌پایه‌ی کامپوزیت‌های فنیل بورونیک اسید اصلاح شده با پیرول‌کینولین‌کوئینین و rGO ساخت. در این مورد، پیرول‌کینولین‌کوئینین به عنوان یک پروب الکتروشیمیایی عمل کرده و جریان پیک اکسایش آن پس از اضافه کردن هموگلوبین گلیکولیزه کاهش یافت.

[1] Clenbuterol

[2] Glycated hemoglobin

  1. Zhu, L., et al., Simultaneous determination of Cd (II) and Pb (II) using square wave anodic stripping voltammetry at a gold nanoparticle-graphene-cysteine composite modified bismuth film electrode. 2014. 115: p. 471-477.
  2. Zhang, Y., M. Qi, and G.J.E.Liu, C C Bonding of Graphene Oxide on 4‐Aminophenyl Modified Gold Electrodes towards Simultaneous Detection of Heavy Metal Ions. 2015. 27(5): p. 1110-1118.
  3. Silwana, B., et al., Reduced graphene oxide impregnated antimony nanoparticle sensor for electroanalysis of platinum group metals. 2016. 28(7): p. 1597-1607.
  4. Kumar, S., et al., Fabrication and characterization of highly sensitive and selective arsenic sensor based on ultra-thin graphene oxide nanosheets. 2016. 227: p. 29-34.
  5. Zhao, L., et al., MgO nanobelt-modified graphene-tantalum wire electrode for the simultaneous determination of ascorbic acid, dopamine and uric acid. 2015. 168: p. 191-198.
  6. Gan, T., C. Hu, and S.J.A.M. Hu, Preparation of graphene oxide–fullerene/phosphotungstic acid films and their application as sensor for the determination of cis-jasmone. 2014. 6(23): p. 9220-9227.
  7. Zafarani, H.R., et al., Modulating selectivity in nanogap sensors. 2016. 1(12): p. 1439-1444.
  8. Lei, W., et al., Sensitive and Selective Detection of Imidacloprid by Graphene‐Oxide‐Modified Glassy Carbon Electrode. 2014. 1(6): p. 1063-1067.
  9. Wang, L., et al., Sensitive voltammetric sensor based on Isopropanol–Nafion–PSS–GR nanocomposite modified glassy carbon electrode for determination of Clenbuterol in pork. 2014. 164: p. 113-118.
  10. Zhou, Y., et al., Fabrication of electrochemical interface based on boronic acid-modified pyrroloquinoline quinine/reduced graphene oxide composites for voltammetric determination of glycated hemoglobin. 2015. 64: p. 442-448.

محصولات مرتبط

فهرست