glucoză

  • obiecte
  • abstract
  • introducere
  • Rezultatul
  • discuţie
  • concluzie
  • metode
  • CG nanosheest
  • Nanomateriale hibride Fe304/CG
  • Producerea electrodului enzimatic
  • Măsurători electrochimice
  • Mai multe detalii
  • Informatii suplimentare
  • Documente Word
  • Informatii suplimentare
  • Comentarii

obiecte

  • Proprietăți magnetice și materiale
  • Sinteza grafenului

abstract

Un nou grafit dispersabil în apă și biocompatibil funcționalizat cu chitosan (CG) a fost preparat prin frezarea cu bile într-o singură etapă a chitosanului carboxilic și a grafitului. Prezența azotului (din chitosan) pe suprafața grafenului permite CG să fie un catalizator excelent pentru biosenzorii electrochimici. CG rezultat prezintă un raport ID/Ig mai mic în spectrul Raman decât alte grafene care conțin azot preparate prin diferite tehnici. Nanoparticulele magnetice Fe304 (MNPs) sunt introduse în continuare în CG asintetizate pentru aplicații multifuncționale în afara biosenzorilor, cum ar fi imagistica prin rezonanță magnetică (RMN). Grupările carboxil de la CG sunt utilizate pentru imobilizarea directă a glucozei oxidazei (GO x) prin legare covalentă, în timp ce încorporarea MNP a facilitat în continuare introducerea enzimei și alte proprietăți unice. Biosenzorul rezultat prezintă un răspuns bun la detectarea glucozei cu o limită de detectare de 16 μM, o sensibilitate de 5,665 mA/cm2/M și un domeniu liniar de detecție de până la 26 mM glucoză. Formarea nanocompozitelor multifuncționale MNP/CG oferă beneficii suplimentare pentru aplicații în mai multe domenii clinice, cum ar fi biosenzorii in vivo și agenții RMN.

În această lucrare, am prezentat o metodă simplă, dar eficientă pentru sinteza grafenului (CG) dopat cu chitosan care conține azot pentru biosenzori electrochimici utilizând o tehnică de măcinare cu bile într-un singur pas 27, 28. Mai mult, am încorporat nanoparticulele Fe304 cu CG în aplicații multifuncționale. Combinația dintre MNP și CG nu numai că a combinat proprietățile magnetice cu activitatea catalitică, dar a oferit și alte beneficii pentru materialele hibride, cum ar fi suprafețe active mai mari și transport îmbunătățit de electroni cu formarea hibrizilor 3D din nanoparticule modificate cu nanoparticule care sunt utile în fabricare a senzorilor electrochimici. 29, 30, 31. În această lucrare, am imobilizat glucoza oxidază pe hibrizii Fe304/CG prin legătură covalentă pentru a crea biosenzori electrochimici performanți pentru detectarea glucozei. Hibrizii rezultați pot fi utilizați în continuare pentru aplicații multifuncționale dincolo de biosenzori, cum ar fi imagistica RMN.

Rezultatul

Sinteza schematică a CG. b O imagine tipică a nanosheetului AFM. Săgeata indică prezența chitosanului. c Pregătirea schematică a nanocompozitelor Fe304/CG. d Imagine tipică AFM a nanocompozitelor Fe304/CG.

Imagine la dimensiune completă

Rezultatele XPS ale hibrizilor Fe304/CG rezultați sunt prezentate în Figura 2. Spectrul de explorare XPS al nanocompozitelor Fe304/CG rezultate indică trei elemente în plus față de conținutul de O, de ex. N la 400 eV, semnal C la 284 eV, Fe la 710 eV și 725 eV (Fig. 2a), ceea ce confirmă combinația cu succes a nanoparticulelor CG și a nanoparticulelor Fe304. Conținutul de azot al nanocompozitelor rezultate sa dovedit a fi de 5,16%. Spectrul C1 de înaltă rezoluție (Fig. 2c) prezintă trei vârfuri dominate asociate cu atomii C hibridizați sp2 (284,6 eV), C-NH2 (286,1 eV) și atomii sp3C asociați cu N și O (288, 1 eV). 23. Spectrul de emisie Fe2p (Fig. 2d) prezintă două vârfuri la 711,3 eV și 725,8 eV, care sunt legate de Fe2p3/2 și Fe2p 1/2, confirmând formarea Fe304. Spectrul Ns de înaltă rezoluție este echipat cu patru vârfuri (Fig. 2d). Vârful predominant la 397,4 eV este obținut din azot în chitosan, confirmat de N1 cu un spectru de rezoluție înaltă de chitosan intact, așa cum se arată în Figura S3 (SI). Prezența azotului piridinic (398, 9 eV) și a azotului pirrolinic (399, 2 eV) este dezvăluită în structura CG, oferind situri active pentru cataliza electrochimică 32, 33. Vârful la 400,9 eV este asociat cu azot cuaternar.

Spectrul de explorare XPS al nanocompozitelor Fe304/CG. b Spectru C1 de înaltă rezoluție. c Spectru Fe2p de înaltă rezoluție. d Spectru N1 de înaltă rezoluție.

Imagine la dimensiune completă

Modelul XRD Fe304/CG. b Spectrele Raman ale CG și Fe304/CG. c Spectru FTIR Fe304/CG. d Curba TGA Fe304/CG.

Imagine la dimensiune completă

Mișcarea controlată magnetic a hibridului Fe304/CG este prezentată în Figura 4 (a). Atracția puternică a nanocompozitelor către magnetul exterior este evidentă, indicând o separare ușoară a nanocompozitelor de dispersie. Figura 4 (b) prezintă buclele de histerezis magnetică ale nanomaterialelor rezultate măsurate folosind un dispozitiv de interferență cuantică supraconductoare (SQUID) în intervalul -10

A Fotografii digitale ale suspensiei nanocompozite Fe 3 O 4/CG cu și fără câmp magnetic extern. b curba de histerezis magnetică a nanomaterialelor Fe304 și Fe304/CG. Imagini RMN ponderate cT2 ale nanomaterialelor CG și Fe304/CG.

Imagine la dimensiune completă

Răspunsuri amperometrice ale electrodului Fe304/CG-GOx la adăugarea secvențială a glucozei 5 mM la 0,5 V împotriva Ag/AgCl în 0,1 M PBS (pH = 7,4). b curba de calibrare obținută pentru detectarea glucozei.

Imagine la dimensiune completă

discuţie

Am pregătit catalizatori NG activi excelenți într-un mod rapid și eficient prin frezarea cu bile a chitosanului și a grafitului. Procesul de măcinare cu bile zdrobește chitosanul în molecule active mici care funcționează foile de grafit de la margine și extind spațiile stratificate ale straturilor de grafit în timpul etapelor inițiale de măcinare cu bile. Legăturile covalente dintre straturile de grafit sunt slăbite de cantitatea tot mai mare de molecule de chitosan introduse, care facilitează peelingul nanoparticulelor de grafen cu efectele sinergice ale forfecării în frezarea cu bile. Prezența azotului (din chitosan) în jurul matricei conjugate cu carbon oferă nu numai situri active pentru biosensorizare, ci și o biocompatibilitate excelentă atât pentru imobilizarea enzimei, cât și pentru aplicații in vivo. .

În plus, mediul complicat in vivo și limitările diagnosticului tradițional susțin cerințele pentru proiectarea tehnicilor de diagnostic multimodal, cum ar fi biosenzorii multifuncționali. În această lucrare, am încorporat un Fe 3 O 4 NP superparamagnetic într-un CG asintetizat pentru prepararea biosenzorilor de înaltă performanță cu alte aplicații RMN. Încorporarea Fe 3 O 4 NP în CG crește și mai mult suprafețele nanozizei, ceea ce este benefic pentru încărcarea crescută a enzimei și transportul electronilor între enzimă și electrod.

concluzie

Lucrările noastre preliminare reprezintă o modalitate simplă, dar eficientă de a pregăti un nou biomaterial dispersabil în apă care conține biomateriale de chitosan grafen modificat utilizând o tehnică de măcinare cu bile într-un singur pas. Nanosheets CG asintetizate prezintă unul până la mai multe straturi de grosime și activitate foarte catalitică pentru biosenzori. Nanoparticulele magnetice Fe304 sunt introduse în continuare în CG asintetizat pentru o imobilizare crescută a enzimei, activitate electrochimică și alte proprietăți magnetice. A fost asamblat biosenzorul rezultat pe bază de hibrid Fe304/CG. Sensibilitatea ridicată (5.658 mA/cm2/M) se realizează cu o limită de detecție scăzută (16 μM) și un domeniu larg de detecție liniară de până la 26 mM. Biosenzorul rezultat prezintă, de asemenea, o bună reproductibilitate și stabilitate pe termen lung, cu alte avantaje ale aplicațiilor în diferite domenii, cum ar fi imagistica RMN, deschide posibilitatea de a fabrica noi nanobiosenzori multifuncționali pentru viitoare diagnostice și terapii clinice multimodale.

metode

CG nanosheest

CG a fost preparat amestecând grafit și chitosan carboxilic (1:20 g/g) într-o moară cu bile. Amestecul a fost agitat puternic la 500 rpm. Timp de 12 ore și apoi îndepărtat cu apă deionizată (DI) pentru centrifugare la 8000 rpm. În 10 minute. Supernatantul a fost colectat după centrifugare și dializat în apă DI peste noapte pentru a îndepărta orice impurități.

Nanomateriale hibride Fe304/CG

Formarea hibridului Fe304/CG a fost prezentată schematic în FIG. 1 (c). Tratamentul cu plasmă sub acid acetic a fost efectuat pe CG pentru a introduce grupări carboxil mai active pentru depunerea nanoparticulelor. Nanocompozitele Fe304/CG au fost apoi realizate prin tehnica de co-precipitare 15. De obicei, CG asintetizat a fost bine dispersat în apă DI la o concentrație de 0,5 mg/ml și a rămas la 80 ° C cu agitare magnetică. FeCl 3,6 H 2 O (30 mg) și FeCl 2,4 H 2 O (380 mg) au fost apoi adăugați la dispersia de mai sus.), în timp ce amestecul a fost lăsat să se agite peste noapte sub N2 la 80 ° C. Apoi, s-a introdus 3 picături/L NaOH prin picurare, urmat de o agitare magnetică suplimentară timp de 3 ore la 80 ° C. Nanocompozitele Fe3O4/CG rezultate au fost obținute ulterior în triplicat, spălare cu etanol și apă și uscare într-un cuptor la 60 ° C timp de 12 ore.

Producerea electrodului enzimatic

Sticlă ITO acoperită cu Pt (100 mA/cm2, 30 s) a fost utilizată ca electrod de lucru. ITO acoperit cu Pt a fost apoi imersat într-o dispersie de 0,5 mg/ml -1 Fe 3 O 4/CG timp de 3 ore și uscat la temperatura camerei peste noapte. Electrodul rezultat a fost apoi scufundat într-o soluție de PBS (pH = 7,4) conținând 34 mg/ml EDC și 17 mg/ml NHS timp de 2 ore la temperatura camerei pentru a activa grupările carboxil în CG. GOx a fost apoi imobilizat în nanocompozite Fe304/CG prin scufundarea soluției Fe304/CG într-o soluție de 5 mg/ml GOx/0,1 M PBS (pH = 7) la 4 ° C timp de 2 ore.

Măsurători electrochimice

Măsurătorile electrochimice au fost efectuate folosind o stație de lucru electrochimică CHI 760D cu o setare convențională de trei electrozi la temperatura camerei. Sârmă de platină și Ag/AgCl (KCl saturat) au fost folosite ca contor și electrod de referință. Reacția amperometrică a fost măsurată în 0,1 M PBS (pH = 7,4) la un potențial constant de +0,5 V, unde a fost oxidat peroxidul de hidrogen produs prin oxidarea glucozei. S-a înregistrat reacția curentului de oxidare cu adăugarea treptată a glucozei 5 mM.

Mai multe detalii

Cum se citează acest articol: Zhang, W. și colab. Biosenzori multifuncționali de glucoză din nanoparticule Fe 3 O 4 modificate nanocompozite chitosan/grafen. Știință. reprezentant. 5, 11129; doi: 10, 1038/srep11129 (2015).

Informatii suplimentare

Documente Word

Informatii suplimentare

Comentarii

Prin trimiterea unui comentariu, sunteți de acord să respectați Termenii și condițiile și Regulile comunității. Dacă găsiți ceva jignitor sau nu respectați termenii sau liniile directoare, marcați-l ca fiind nepotrivit.