[학위논문]Voltammetric Sensors for Cardiac Disease Metabolite Biomarkers Detection in Human Biofluids using Nanomaterials Modified Carbon Electrodes : 나노물질 변형 탄소 전극을 이용한 생체유체 내 심장질환 대사물 바이오마커 검출용 전압계 센서원문보기
심혈관 질환은 여전히 전 세계적으로 보건분야에서 위험요소로 간주되고 있다. 이를 해결하기 위해 심혈관 질환 관련 바이오마커를 전기화학기반의 센싱 플랫폼을 이용하여 분석한다면 조기 진단, 예방 및 비용 면에서 효과적이고, 도움이 될 수 있다. 따라서 심혈관 질환 관련 바이오마커이며, 아데노신 삼인산의 ...
심혈관 질환은 여전히 전 세계적으로 보건분야에서 위험요소로 간주되고 있다. 이를 해결하기 위해 심혈관 질환 관련 바이오마커를 전기화학기반의 센싱 플랫폼을 이용하여 분석한다면 조기 진단, 예방 및 비용 면에서 효과적이고, 도움이 될 수 있다. 따라서 심혈관 질환 관련 바이오마커이며, 아데노신 삼인산의 물질대사 과정에서 생성되는 하이포잔틴(HX), 이노신(INO), 요산(UA)을 검출할 수 있는 다양한 전압전류법 센서를 개발하였다. 먼저 HX를 검출하기 위해 스크린 프린팅 된 전극(SPCE)표면에 산화된 다중벽 탄소나노튜브와 그래핀(CNTs-G) 하이브리드를 형성하고 양전하를 띤 폴리(염화다이알디메틸 암모늄) 조립체(PDDA)와 음전하를 띤 잔틴 산화효소(XOD)를 순서대로 쌓아 올린(Layer-by-layer, LbL) 전압 전류법 효소 센서를 개발하였다. CNTs-G 하이브리드는 높은 표면적과 뛰어난 전도성을 가지고 있으며 HX 특정 효소인 XOD는 신호 증폭 및 선택성을 향상시킬 수 있기 때문에 이를 이용하여 선형 검출 범위는 5 ~ 50μM이고 검출한계(LOD)가 4.40μM인 HX센서를 개발하였다. 다음으로 INO 분석을 위해 SPCE에 양전하를 띠고 뛰어난 필름 형태 및 생체 적합성를 가진 키토산(CS) 폴리머와 음전하를 띠면서 INO를 선택적으로 검출하는데 사용된 효소인 퓨린뉴클레오사이드인산화효소(PNP)를 도입한 LbL 효소 센서를 개발하였다. 이를 이용하여 LOD 0.3µM 및 2 ~ 90µM의 선형 검출 범위로 INO를 검출할 수 있었으며, 개발된 HX와 INO에 대한 LbL 효소 센서를 정상인 및 심근경색 환자 혈청 샘플에 적용하였고, 액체 크로마토그래피 질량 분광법으로 분석 결과를 검증하였다. 또한, SPCE에서 poly(L-methionine)(pMet), CNTs-G, Au나노입자를 결합하여 LOD가 34nM이고, 1 ~ 35μM의 선형 검출 범위를 가지는 UA 검출 센서를 제작하였다. 이 결과값은 서로 다른 나노물질의 시너지 효과에 의해 기인하여 우수한 성능을 나타내었으며 정상인 소변 시료에도 수행되어 AuNPs-CNTs-G-pMet-SPCE 센서의 적용가능성을 확인하였고 HPLC 및 검사 키트로 검증되었다.
심혈관 질환은 여전히 전 세계적으로 보건분야에서 위험요소로 간주되고 있다. 이를 해결하기 위해 심혈관 질환 관련 바이오마커를 전기화학기반의 센싱 플랫폼을 이용하여 분석한다면 조기 진단, 예방 및 비용 면에서 효과적이고, 도움이 될 수 있다. 따라서 심혈관 질환 관련 바이오마커이며, 아데노신 삼인산의 물질대사 과정에서 생성되는 하이포잔틴(HX), 이노신(INO), 요산(UA)을 검출할 수 있는 다양한 전압전류법 센서를 개발하였다. 먼저 HX를 검출하기 위해 스크린 프린팅 된 전극(SPCE)표면에 산화된 다중벽 탄소나노튜브와 그래핀(CNTs-G) 하이브리드를 형성하고 양전하를 띤 폴리(염화다이알디메틸 암모늄) 조립체(PDDA)와 음전하를 띤 잔틴 산화효소(XOD)를 순서대로 쌓아 올린(Layer-by-layer, LbL) 전압 전류법 효소 센서를 개발하였다. CNTs-G 하이브리드는 높은 표면적과 뛰어난 전도성을 가지고 있으며 HX 특정 효소인 XOD는 신호 증폭 및 선택성을 향상시킬 수 있기 때문에 이를 이용하여 선형 검출 범위는 5 ~ 50μM이고 검출한계(LOD)가 4.40μM인 HX센서를 개발하였다. 다음으로 INO 분석을 위해 SPCE에 양전하를 띠고 뛰어난 필름 형태 및 생체 적합성를 가진 키토산(CS) 폴리머와 음전하를 띠면서 INO를 선택적으로 검출하는데 사용된 효소인 퓨린 뉴클레오사이드 인산화효소(PNP)를 도입한 LbL 효소 센서를 개발하였다. 이를 이용하여 LOD 0.3µM 및 2 ~ 90µM의 선형 검출 범위로 INO를 검출할 수 있었으며, 개발된 HX와 INO에 대한 LbL 효소 센서를 정상인 및 심근경색 환자 혈청 샘플에 적용하였고, 액체 크로마토그래피 질량 분광법으로 분석 결과를 검증하였다. 또한, SPCE에서 poly(L-methionine)(pMet), CNTs-G, Au 나노입자를 결합하여 LOD가 34nM이고, 1 ~ 35μM의 선형 검출 범위를 가지는 UA 검출 센서를 제작하였다. 이 결과값은 서로 다른 나노물질의 시너지 효과에 의해 기인하여 우수한 성능을 나타내었으며 정상인 소변 시료에도 수행되어 AuNPs-CNTs-G-pMet-SPCE 센서의 적용가능성을 확인하였고 HPLC 및 검사 키트로 검증되었다.
Cardiac disease is still threatening public health worldwide and the electrochemical detection of cardiac-related biomarkers could be convenient and cost-effective for the early diagnosis and prevention of disease prognosis and complications. Herein, different voltammetric sensors were developed for...
Cardiac disease is still threatening public health worldwide and the electrochemical detection of cardiac-related biomarkers could be convenient and cost-effective for the early diagnosis and prevention of disease prognosis and complications. Herein, different voltammetric sensors were developed for cardiac-related biomarkers including hypoxanthine (HX), inosine (INO), and uric acid (UA) that are produced during Adenosine triphosphate metabolism. For HX detection, a voltammetric enzyme sensor was established by layer-by-layer (LbL) assembly of carbon nanotubes-graphene (CNTs-G) hybrid coated by poly(diallyldimethyl ammonium chloride) (PDDA) with positive charges and xanthine oxidase (XOD) enzyme with negative charges on a screen printed carbon electrode (SPCE). The CNTs-G hybrid possesses high surface area and excellent electronic conductivity thus for XOD loading and signal amplification; the use of HX specific enzyme of XOD could enhance the sensing selectivity. A linear detection range from 5 to 50 µM HX was obtained with a detection limit (LOD) of 4.40 µM. Furthermore, another LbL enzyme sensor featuring chitosan (CS) with positive charges and purine nucleoside phosphorylase (PNP) with negative charges was prepared on the SPCE for INO analysis. In this sensing platform, CS is a biocompatible polymer owing to superb film-forming capacity and PNP is an INO selective protein. This voltammetric sensor could detect INO from 2 to 90 µM with an LOD of 0.3 µM. Additionally, both LbL enzyme sensors for HX and INO were applied to normal human and myocardial infarction patient serum samples and the voltammetric sensing results were validated by liquid chromatography-mass spectrometry. Also, INO sensing results were further compared to a commercial assay kit. Besides, an enzyme-free sensor was fabricated on the SPCE by combining poly(L-methionine) (pMet), CNTs-G, and Au nanoparticles (AuNPs), which allowed a detection range of 1-35 µM and LOD of 34 nM for UA. Such good performance could be credited to the synergistic effect of different nanomaterials. The feasibility of SPCE/pMet/CNTs-G/AuNPs was performed in normal human urine samples and the results were verified by an HPLC method and assay kit.
Cardiac disease is still threatening public health worldwide and the electrochemical detection of cardiac-related biomarkers could be convenient and cost-effective for the early diagnosis and prevention of disease prognosis and complications. Herein, different voltammetric sensors were developed for cardiac-related biomarkers including hypoxanthine (HX), inosine (INO), and uric acid (UA) that are produced during Adenosine triphosphate metabolism. For HX detection, a voltammetric enzyme sensor was established by layer-by-layer (LbL) assembly of carbon nanotubes-graphene (CNTs-G) hybrid coated by poly(diallyldimethyl ammonium chloride) (PDDA) with positive charges and xanthine oxidase (XOD) enzyme with negative charges on a screen printed carbon electrode (SPCE). The CNTs-G hybrid possesses high surface area and excellent electronic conductivity thus for XOD loading and signal amplification; the use of HX specific enzyme of XOD could enhance the sensing selectivity. A linear detection range from 5 to 50 µM HX was obtained with a detection limit (LOD) of 4.40 µM. Furthermore, another LbL enzyme sensor featuring chitosan (CS) with positive charges and purine nucleoside phosphorylase (PNP) with negative charges was prepared on the SPCE for INO analysis. In this sensing platform, CS is a biocompatible polymer owing to superb film-forming capacity and PNP is an INO selective protein. This voltammetric sensor could detect INO from 2 to 90 µM with an LOD of 0.3 µM. Additionally, both LbL enzyme sensors for HX and INO were applied to normal human and myocardial infarction patient serum samples and the voltammetric sensing results were validated by liquid chromatography-mass spectrometry. Also, INO sensing results were further compared to a commercial assay kit. Besides, an enzyme-free sensor was fabricated on the SPCE by combining poly(L-methionine) (pMet), CNTs-G, and Au nanoparticles (AuNPs), which allowed a detection range of 1-35 µM and LOD of 34 nM for UA. Such good performance could be credited to the synergistic effect of different nanomaterials. The feasibility of SPCE/pMet/CNTs-G/AuNPs was performed in normal human urine samples and the results were verified by an HPLC method and assay kit.
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