توصيفگر ها :
حسگر الكتروشيميايي , پليمر قالب مولكولي , اوره , نانوفيبريل ابريشم , موليبدن دي سولفيد
چكيده فارسي :
اوره يك تركيب آلي است كه در طبيعت، درنتيجه فرآيندهاي مختلف در همه جا يافت ميشود و در بدن انسان، اوره محصول نهايي متابوليسم نيتروژن است و غلظت بيش از حد اوره در بدن انسان عامل بيماريهاي مهم مختلفي مانند سوءهاضمه، سرطان، نارسايي كليوي، انسداد مجاري ادراري و غيره ميباشد. در ميان مسيرهاي ترشح از طريق چندين مايع زيستي(خون، ادرار، عرق)، اوره عرق يك استراتژي مهم و غيرتهاجمي براي ارزيابي وضعيت كليه و كبد است. در پژوهش حاضر نيز هدف شناسايي اوره از عرق ميباشد كه بايد مستقيما از طريق پوست انسان صورت گيرد و به منظور ساخت يك حسگر زيستسازگار و بدون تحريك پوست، فيلم نانواليافي فيبروئين ابريشم با خواص مكانيكي قوي، وزن سبك و هزينه پايين گزارش ميشود كه با حل كردن مستقيم ابريشم در محلول فرميكاسيد-كلسيم كلريد ساخته شده است. اين محلول ابريشم را به سرعت در دماي اتاق حل كرده و مهمتر از آن، ابريشم را به جاي مولكولهاي جداگانه به نانوفيبريلها تجزيه ميكند. از طرفي استفاده از نانوذرات نيمههادي موليبدن دي سولفيد با فاصله نواري مستقيم، جهت بهبود حسگري الكتروشيميايي و بهبود رفتار حسگر برپايه پليمرها، انتخاب مفيد و ايمني است. در همين راستا، بعد از ساخت موفقيتآميز اين دو ماده، با استفاده از پوششدهي دوراني فيلم ابريشم/موليبدنديسولفيد در 9 لايه آماده شد و خواص آن در دو صورتي كه ابريشم و يا موليبدنديسولفيد لايه رويي باشد، بررسي شد. پس از آن، پيرول به عنوان يك مونومر در حضور محلول بافر سديم استات حاوي الگوي اوره الكتروپليمريزه مي شود تا يك الكترود حك شده با اوره آماده شود و اين فرايند با استفاده از ولتامتري چرخهاي(CV) در محدودهي 8/0-6/0- ولت و تعداد 10 سيكل انجام گرفت. سپس به وسيلهي آزمونهاي مشخصهيابي شامل طيفسنجي مرئي-فرابنفش، پراش پرتوايكس، طيفسنجي فروسزخ با تبديل فوريه، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و ترشوندگي، تشكيل پليمر قالب مولكولي(MIP) تاييد شد. الكترود پليمري غير مولكولي چاپ شده(NIP) نيز با همان فرآيند MIP اما بدون اوره براي مطالعه مقايسه بهتر ساخته شد و نشان دادهشد كه چاپ سطحي ميتواند بر تأثير مانع فضايي غلبه كند و تعداد مكانهاي اتصال را براي الگوي مشخص افزايش دهد، بنابراين كارايي تشخيص را بهبود ميبخشد. ارزيابي خواص حسگري براي نمونه با لايه رويي موليبدنديسولفيد كه مشخصهيابيهاي آن با نتايج بهتري همراه بود، از روش ولتامتري پالس تفاضلي (DPV) در محدودهي 6/0-2/0- ولت ودر محلول پتاسيم فري/فرو سيانيد و با زمان جذب 15 دقيقه انجام گرفت و مقدار حد تشخيص حسگر MIP ساخته شده، 12/0 ميليمولار به دست آمد. انتخابپذيري حسگر الكتروشيميايي مورد نظر نيز با استفاده از مواد ديگر موجود در عرق با ساختار و يا فعاليت الكتروشيميايي مشابه اوره و ارزيابي پاسخهاي DPV آنها انجام شد كه پاسخهاي جريان در دو غلظت با اختلاف نسبتا زياد نزديك به هم بوده و نمايانگر عدم تشخيص آنهاست. در اين پژوهش امكانسنجي توسعه حسگرهاي الكتروشيميايي جهت ارزيابي اوره در قالب فيلم چندلايه حاوي قالب مولكولي انجام شد كه رويكرد اميدواركنندهاي براي كاربردهاي زيستي ارائه ميدهد و بايد تحقيقات آينده بر ارتقاي حسگر به پوست الكترونيكي و تامين انرژي آن به صورت خودتوان از طريق اثر تريبوالكتريك متمركز شود.
چكيده انگليسي :
Urea is an organic compound that is found everywhere in nature as a result of various processes. In the human body, urea is the end product of nitrogen metabolism, and excessive urea concentration in the human body is the cause of various important diseases such as indigestion, cancer, renal failure, urinary tract obstruction, etc. Among the secretion routes through several biological fluids (blood, urine, sweat), sweat urea is an important and non-invasive strategy for assessing the status of the kidney and liver. In the present study, the aim is to detect urea from sweat, which should be done directly through human skin. In order to make a biocompatible sensor without skin irritation, a silk fibroin nanofibrous film with strong mechanical properties, light weight and low cost is reported, which was made by directly dissolving silk in a formic acid-calcium chloride solution. This solution dissolves silk rapidly at room temperature and, more importantly, decomposes silk into nanofibrils instead of individual molecules. On the other hand, the use of direct band gap molybdenum disulfide semiconductor nanoparticles is a useful and safe choice to improve electrochemical sensing and improve the behavior of polymer-based sensors. In this regard, after the successful fabrication of these two materials, a silk/molybdenum disulfide film was prepared in 9 layers using spin coating and its properties were investigated in two cases where silk or molybdenum disulfide was the top layer. After that, pyrrole as a monomer was electropolymerized in the presence of sodium acetate buffer solution containing urea template to prepare a urea-etched electrode and this process was carried out using cyclic voltammetry (CV) in the range of -0.6-0.8 V and 10 cycles. Then, the formation of molecularly imprinted polymer (MIP) was confirmed by characterization tests including visible-ultraviolet spectroscopy, X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and wettability. A non-molecularly imprinted polymer (NIP) electrode was also fabricated by the same MIP process but without urea for a better comparison study, and it was shown that surface printing can overcome the effect of steric hindrance and increase the number of binding sites for a given pattern, thus improving the detection efficiency. The evaluation of the sensing properties for the sample with a molybdenum disulfide top layer, whose characterizations were associated with better results, was carried out by differential pulse voltammetry (DPV) in the range of -0.6-0.2 V in potassium ferri/ferrocyanide solution and with an absorption time of 15 min, and the detection limit of the fabricated MIP sensor was obtained to be 0.12 mM. The selectivity of the electrochemical sensor in question was also tested using other substances present in sweat with similar structure or electrochemical activity to urea and evaluating their DPV responses, which showed that the current responses at two concentrations with relatively large differences were close to each other, indicating their lack of detection. In this study, the feasibility of developing electrochemical sensors for urea evaluation in the form of a multilayer film containing a molecular template was investigated, which offers a promising approach for biological applications, and future research should focus on upgrading the sensor to electronic skin and providing it with self-powered energy through the triboelectric effect.