شماره ركورد
25393
شماره راهنما
CHE2 943
عنوان
طراحي و ساخت زيست حسگر الكتروشيميايي دوقطبي بسته براي اندازهگيري انسولين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
شيمي كاربردي
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
1404/07/30
صفحه شمار
82 ص .
استاد راهنما
مسعود آيت اللهي مهرجردي
كليدواژه فارسي
زيستحسگر , الكتروشيمي دوقطبي , اندازهگيري انسولين , سامانه بيسيم , الكترود دوقطبي اصلاح شده
چكيده فارسي
توسعهي حسگرهاي زيستي الكتروشيميايي كه بتوانند با هزينهي كمتر، سرعت بالاتر و حساسيت مناسبتر نسبت به روشهاي متداول اندازهگيري، مولكولهاي زيستي از جمله انسولين را شناسايي كنند، يكي از نيازهاي اساسي و چالشهاي مهم در حوزهي تشخيصهاي نوين به شمار ميآيد. با توجه به نقش حياتي انسولين در تنظيم قند خون و اهميت پايش دقيق آن در بيماران مبتلا به ديابت، طراحي و ساخت سامانههايي كه بتوانند اين هورمون را در غلظتهاي بسيار پايين و به صورت سريع و دقيق شناسايي نمايند، از اهميت ويژهاي برخوردار است.
در اين پژوهش، يك زيستحسگر الكتروشيمي دوقطبي بستهشكافته مبتني بر اندازهگيري جريان عبوري از الكترود دوقطبي براي شناسايي و اندازهگيري انسولين طراحي، ساخته و مورد ارزيابي قرار گرفت. در ساختار سلول حسگر، از يك الكترود گرافيتي بهعنوان الكترود دوقطبي استفاده شد كه پس از اصلاح سطح با نانوذرات نيكلاكسيد، بهوسيلهي گوانين بهعنوان مولكول شناسايي زيستي عاملدار گرديد. اين اصلاح سطحي سبب بهبود انتقال الكتروني و ايجاد برهمكنشهاي اختصاصيتر ميان سطح حسگر و انسولين شد.
در سلول گزارشگر، از پتاسيم هگزاسيانوفرات (K₃[Fe(CN)₆]) بهعنوان گونهي گزارشگر استفاده گرديد. همچنين، الكترودهاي پيشران از جنس استيل انتخاب شدند كه به دليل در دسترس بودن، مقاومت شيميايي بالا و هزينهي پايين، گزينهاي اقتصادي و كارآمد محسوب ميشوند. به منظور دستيابي به شرايط بهينه، غلظت اصلاحكنندهها، زمان نشست لايهها و پتانسل اعمالي در سامانه مورد بررسي و بهينهسازي قرار گرفت. پس از آن، با تبديل جريان عبوري به ولتاژ و اندازهگيري آن بهوسيله مدار مبدل آنالوگ به ديجيتال از سامانه دوقطبي، منحني كاليبراسيون پاسخ رسم شد.. نتايج آزمايشها نشان داد كه حسگر طراحيشده داراي بازهي خطي گستردهاي از غلظت 12-10تا 6-10مولار بوده و حد تشخيص آن برابر با 0.96 پيكومولار و حد كميسازي آن برابر با 2.90 پيكومولار انسولين است. اين مقادير نشاندهندهي توانايي بالاي حسگر در شناسايي انسولين در غلظتهاي فيزيولوژيكي موجود در بدن انسان ميباشند. علاوه بر اين، بررسيهاي انجامشده در خصوص پايداري پاسخ و تكرارپذيري پاسخ نشان داد كه سامانهي توسعهيافته داراي عملكردي پايدار، دقيق و قابل اعتماد در طول زمان است.
در مجموع، يافتههاي اين پژوهش بيانگر آن است كه حسگر الكتروشيميايي طراحيشده ميتواند بهعنوان يك بستر نويدبخش براي توسعهي ابزارهاي قابل حمل، سريع و مقرونبهصرفهي پايش انسولين مورد استفاده قرار گيرد. سادگي ساخت، هزينهي پايين مواد اوليه، حساسيت و گزينشپذيري بالا از جمله مزاياي كليدي اين سامانه بهشمار ميروند.
كليدواژه لاتين
Biosensor , Bipolar Electrochemistry , Insulin Detectio , Wireless System , Modified Bipolar Electrode
عنوان لاتين
Designing and Fabrication of Closed Bipolar Electrochemical Biosensor for Insulin Measurement
گروه آموزشي
شيمي معدني
چكيده لاتين
The development of electrochemical biosensors capable of detecting biomolecules such as insulin with lower cost, higher speed, and greater sensitivity compared to conventional measurement methods represents one of the key needs and major challenges in the field of modern diagnostics. Considering the vital role of insulin in blood glucose regulation and the importance of its accurate monitoring in diabetic patients, the design and fabrication of systems capable of detecting this hormone at very low concentrations in a rapid and precise manner is of particular significance.
In this study, a closed bipolar electrochemical biosensor based on the measurement of current passing through a bipolar electrode was designed, fabricated, and evaluated for the detection and quantification of insulin. In the sensor cell, a graphite electrode was used as the bipolar electrode, which was surface modified with nickel oxide nanoparticles and subsequently functionalized with guanine as the biorecognition molecule. This surface modification led to improved electron transfer and the formation of more specific interactions between the sensor surface and insulin molecules.
In the reporter cell, potassium hexacyanoferrate (K₃[Fe(CN)₆]) was employed as the reporter species. In addition, stainless steel driving electrodes were selected due to their availability, high chemical resistance, and low cost, making them an efficient and economical choice. To achieve optimal performance, the concentrations of modifiers, deposition time, and applied potential were systematically investigated and optimized. Subsequently, the passing current was converted to voltage and measured using an analog-to-digital converter (ADC) from the bipolar system, and the calibration curve of the sensor response was plotted.Experimental results demonstrated that the fabricated sensor exhibited a wide linear range from 10⁻⁶ to 10⁻¹² molar, with a limit of detection of 0.96 picomolar and a limit of quantification of 2.90 picomolar for insulin. These values indicate the sensor’s high capability to detect insulin at physiological concentrations found in the human body. Furthermore, the studies on signal stability and response repeatability confirmed that the developed system possesses stable, accurate, and reliable performance over time.
Overall, the findings of this research indicate that the proposed electrochemical biosensor can serve as a promising platform for the development of portable, rapid, and cost-effective insulin monitoring devices. Ease of fabrication, low material cost, high sensitivity, and excellent selectivity are among the key advantages of this system.
تعداد فصل ها
3
فهرست مطالب pdf
150870
نويسنده