توصيفگر ها :
TiO2 سياه , زيست حسگر گلوكز , فوتوالكتروشيميايي , زيست حسگر هاي PEC , نانو بيوسنسور , قند خون
چكيده فارسي :
به دليل افزايش روزافزون تعداد افراد مبتلا به ديابت در جهان و همچنين زمان بر بودن و گرانبودن روشهاي باليني، استفاده از حسگرهاي زيستي شناسايي قند خون افزايشيافته است. يكي از مهمترين ويژگي اين حسگرها دقت اندازهگيري و همچنين سرعت عمل بالاي آنها است. در سالهاي اخير، روشهاي مختلف با عملكردهاي متفاوت در اين حوزه ورود پيدا كرده است كه ميتوان به اسپكتروفتومتري، الكتروشيميايي، نورتابي شيميايي، فوتوالكتريك، طيفسنجي رامان و روشهاي فوتو الكتروشيميايي اشاره كرد. فوتو الكتروشيميايي شامل تكنيكهاي الكتروشيميايي با فوتوكاتاليز براي تسهيل جداسازي فوتوالكترون - حفره توليد شده در نانوذرات نيمههادي است كه منجر به افزايش بازده فوتوكاتاليستي زيست حسگرها ميشود. حسگرهاي مبتني بر دياكسيد تيتانيوم به دليل هزينه پايين، غيرسمي بودن و پايداري شيميايي، اميدواركنندهترين سيستم براي استفاده در حسگرهاي زيستي است. امروزه با استفاده از روشهاي متفاوت از جمله ايجاد ساختارهاي دياكسيد تيتانيوم سياه در ساخت زيست حسگرها، عملكرد زيست حسگرهاي ساخته شده از جنس اكسيد تيتانيوم را بهبود بخشيد. همچنين به دليل معايب زيست حسگرهاي بر پايه آنزيم كه ميتوان به هزينه بالا، پايداري كم و موارد ديگر اشاره كرد امروزه حسگرهاي زيستي مبتني بر روش فوتوالكتروشيميايي بهصورت غيرآنزيمي مورد استقبال قرار گرفته اند. هدف از پژوهش حاضر، ساخت حسگر زيستي غيرآنزيمي بر پايه نانولولههاي اكسيد تيتانيوم سياه و ارزيابي رفتار فوتوالكتروشيميايي آن بهمنظور شناسايي گلوكز است. در اين راستا ابتدا نانولولههاي اكسيد تيتانيوم سياه با روش آندايزينگ تشكيل شد و سپس مورد ارزيابي پراش پرتو ايكس و ميكروسكوپ الكتروني نشر ميداني قرار گرفت كه نشاندهنده تشكيل نانولولههاي اكسيد تيتانيوم سياه بر روي سطح تيتانيوم است. با انجام تستهاي الكتروشيميايي مانند: موت شاتكي و طيفسنجي امپدانس الكتروشيميايي و همچنين تست پتانسيل مدار باز مشخص شد كه نانولولههاي اكسيد تيتانيوم سياه از لحاظ انتقال حاملهاي بار و همچنين بازتركيبي الكترون – حفره نسبت به نانولولههاي اكسيد تيتانيوم سفيد بهتر عمل كرده است. جهت ارزيابي حساسيت زيست حسگر ساخته شده با استفاده از نانولولههاي اكسيد تيتانيوم سياه نسبت به گلوكز از تستهاي الكتروشيميايي نظير تست ولتامتري چرخهاي و كرونوآمپرومتري در حضور نور استاندارد AM1/5G با توان 1000W/m2 و در عدم حضور نور استاندارد استفاده شد. نتايج نشان داد كه در بازه غلظت 0 تا 15 ميليمولار گلوكز، پاسخ بهصورت خطي است كه ميزان حساسيت اين زيست حسگر در حضور نور استاندارد جهت شناسايي گلوكز برابر 172/14 ميكرو آمپر بر ميليمولار بر سانتي متر مربع است و همچنين كمترين ميزان تشخيص برابر 497/0 ميليمولار است. همچنين با انجام تستهاي گزينشپذيري در حضور عواملي مانند آسكوربيك اسيد، اوريك اسيد، ساكاروز و فروكتز مشخص شد كه اين مواد در ميزان جريان دريافتي از اكسيدشدن گلوكز تأثير چنداني نداشتهاند. همچنين با انجام تست كرونوآمپرومتري ميزان تكرارپذيري زيست حسگر مورد ارزيابي قرار گرفت كه نشان داده شد بعد از انجام 10 تست ميزان جريان دريافتي حدود 5/3 درصد كاهش داشته است. نتايج بدست آمده نشاندهنده عملكرد مناسب اين زيست حسگر غيرآنزيمي نسبت به زيست حسگرهاي غيرآنزيمي و همچنين هزينه پايين ساخت آن است.
چكيده انگليسي :
Due to the increasing number of people with diabetes in the world, as well as the time-consuming and expensive clinical methods, the use of biosensors for blood sugar detection has increased. One of the most important features of these sensors is their measurement accuracy and high speed of operation. In recent years, various methods with different functions have been introduced in this field, including spectrophotometry, electrochemical, chemiluminescence, photoelectric, Raman spectroscopy and photoelectrochemical (PEC) methods. Photoelectrochemistry includes electrochemical techniques with photocatalysis to facilitate the separation of photoelectron-hole produced in semiconductor nanoparticles, leading to increased photocatalytic efficiency of biosensors. Titanium dioxide-based sensors are the most promising systems for use in biosensors due to their low cost, non-toxicity, and chemical stability. Today, by using different methods, including creating black titanium dioxide structures in the manufacture of biosensors, the performance of biosensors made of titanium has been improved. Also, due to the disadvantages of enzyme-based biosensors, which can be mentioned as high cost, low stability, and other issues, nowadays non-enzymatic photoelectrochemical biosensors are welcomed. The purpose of this research is to construct a non-enzymatic biosensor based on black titanium oxide nanotubes and evaluate its photoelectrochemical behavior in order to detect glucose. In this regard, first, black titanium oxide nanotubes were formed by anodizing method, and then they were evaluated by X-ray diffraction and field emission electron microscopy, which shows the formation of black titanium oxide nanotubes on the surface of titanium foil. By conducting electrochemical tests such as Mott-Schottky and electrochemical impedance spectroscopy as well as open circuit potential test, it was found that black titanium oxide nanotubes performed better than white titanium oxide nanotubes in terms of charge carrier transfer and electron-hole recombination. In order to evaluate the sensitivity of the biosensor made using black titanium oxide nanotubes to glucose, electrochemical tests such as cyclic voltammetry and chronoamperometry were used in the presence of AM1/5G standard light with a power of 1000W/m2 and in the absence of standard light. The results showed that the glucose concentration is linear in the range of 0 to 15 mM, that the sensitivity of this biosensor in the presence of standard light to detect glucose is 14.172 μA/mMcm2, and the lowest detection rate is 0.497 mM. Also, by conducting selectivity tests in the presence of factors such as ascorbic acid, uric acid, sucrose and fructose, it was found that these substances did not significantly affect the amount of current received from glucose oxidation. Also, the reproducibility of the biosensor was evaluated by performing the chronoamperometry test, which showed that after 10 tests, the amount of received current decreased by 3.5%. The obtained results show the proper performance of this non-enzymatic biosensor compared to non-enzymatic biosensors and also the low cost of its production.