Hydrogen peroxide ($H_2O_2$) biosensor is one of the most developing sensors because this kind of sensors is highly selective and responds quickly to the specific substrate. Hemoglobin (Hb) has been used as ideal biomolecules to construct hydrogen peroxide biosensors because of their high selectivity to $H_2O_2$. The direct electron transfer of Hb has widely investigated for application in the determination of $H_2O_2$ because of its simplicity, high selectivity and intrinsic sensitivity. An electrochemical detection for hydrogen peroxide was investigated based on immobilization of hemoglobin on DNA/Fe(pyterpy)$^{2+}$ modified gold electrode. The pyterpy monolayers were firstly an electron deposition onto the gold electrode surface of the quartz crystal microbalance (QCM). It is offered a template to attach negatively charged DNA. The fabrication process of the electrode was verified by quartz crystal analyzer (QCA). The experimental parameters such as pH, applied potential and amperometric response were evaluated and optimized. Under the optimized conditions, this sensor shows the linear response within the range between $3.0{\times}10^{-6}$ to $9.0{|times}10^{-4}$ M concentrations of $H_2O_2$. The detection limit was determined to be $9{\times}10^{-7}$ M (based on the S/N=3).
Enzymatic fuel cells are promising low cost, compact and flexible energy resources. The basis of enzymatic fuel cells is transfer of electron from enzyme to the electrode surface and vice versa. Electron transfer is done either by direct or mediated electron transfer (DET/MET), each one having its own advantages and disadvantages. In this study, the DET and MET of laccase-based biocathodes are compared with each other. The DET of laccase enzyme has been studied using two methods; assemble of needle-like carbon nanotubes (CNTs) on the electrode, and CNTs/Nafion polymer. MET of laccase enzyme also is done by use of ceramic electrode containing, ABTS (2,2'-azino-bis [3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid]) /sol-gel. Cyclic voltammetric results of DET showed a pair of well-defined redox peaks at $200{\mu}A$ and $170{\mu}A$ in a solution containing 5and $10{\mu}M$ o-dianisidine as a substrate for needle-like assembled CNTs and CNTs-Nafion composite respectively. In MET method using sol-gel/ABTS, the maximum redox peak was $14{\mu}A$ in the presence of 15 M solution o-dianisidine as substrate. The cyclic voltammetric results showed that laccase immobilization on needle-like assembled CNTs or CNTs-Nafion is more efficient than the sol-gel/ABTS electrode. Therefore, the expressed methods can be used to fabricate biocathode of biofuel cells or laccase based biosensors.
Kim, Yun-Ho;Park, Eun-Jin;Choi, Woo-Seok;Hong, Suk-In;Min, Nam-Ki
Proceedings of the KIEE Conference
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2005.07c
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pp.2410-2412
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2005
In this study, two types of PS substrate were fabricated for sensing of chemical and biological substances. For sensing of the humidity and chemical analyzes such as $CH_3OH$ or $C_2H_5OH$, PS layers are prepared by photoelectrochemical etching of silicon wafer in aqueous hydrofluoric acid solution. To evaluate their sensitivity, we measured the resistance variation of the PS diaphragm. As the amplitude of applied voltage increases from 2 to 6Vpp at constant frequency of 5kHz, the resistance variation for humidity sensor rises from 376.3 to $784.8{\Omega}$/%RH. And the sensitivities for $CH_3OH$ and $C_2H_5OH$ were 0.068 uA/% and 0.212 uA/%, respectively. For biological sensing application, amperometric urea sensors were fabricated based on porous silicon(PS), and planar silicon(PLS) electrode substrates by the electrochemical methods. Pt thin film was sputtered on these substrates which were previously formed by electrochemical anodization. Poly (3-methylthiophene) (P3MT) were used for electron transfer matrix between urease(Urs) and the electrode phase, and Urs also was by electrochemically immobilized. Effective working area of these electrodes was determined for the first time by using $Fe(CN)_6^{3-}/Fe(CN)_6^{4-}$ redox couple in which nearly reversible cyclic voltammograms were obtained. The $i_p$ vs $v^{1/2}$ plots show that effective working electrode area of the PS-based Pt thin film electrode was 1.6 times larger than the PLS-based one and we can readily expect the enlarged surface area of PS electrode would result in increased sensitivity by ca. 1.6 times. Actually, amperometric sensitivity of the Urs/P3MT/Pt/PS electrode was ca 0.91uA/$mM{\cdot}cm^2$, and that of the Urs/P3MT/Pt/PLS electrode was ca. 0.91uA/$mM{\cdot}cm^2$ in a linear range of 1mmol/L to 100mmol/L urea concentrations
The principle and applications of quartz crystal sensors based on the three basic concepts for mass, viscosity, and viscoelastic changes are reviewed. In the general discussion the basic principle of quartz crystal and realization of a resonant frequency-resonant resistance diagram are described in detail. As examples of their applications, gas sensing with a carbon-coated quartz crystal, determination of the blood coagulation factor, an electrochemical analysis and crystallization analysis are reported. The possibility of developing new biosensors and chemical sensors is discussed on the basis of these results.
A highly sensitive and selective non-enzymatic glucose sensor has gained great attention because of simple signal transformation, low-cost, easily handling, and confirming the blood glucose as the representative technology. Until now, glucose sensor has been developed by the immobilization of glucose oxidase (GOx) on the surface of electrodes. However although GOx is quite stable compared with other enzymes, the enzyme-based biosensors are still impacted by various environment factors such as temperature, pH value, humidity, and toxic chemicals. Non-enzymatic sensor for direct detecting glucose is an attractive alternative device to overcome the above drawbacks of enzymatic sensor. Many efforts have been tried for the development of non-enzymatic sensors using various transition metals (Pt, Au, Cu, Ni, etc.), metal alloys (Pt-Pb, Pt-Au, Ni-Pd, etc.), metal oxides, carbon nanotubes and graphene. In this paper, we show that Ni-based nano-particles (NiNPs) exhibit remarkably catalyzing capability for glucose originating from the redox couple of $Ni(OH)_2/NiOOH$ on the surface of ITO electrode in alkaline medium. But, these non-enzymatic sensors are nonselective toward oxidizable species such as ascorbic acid the physiological fluid. So, the anionic polymer was coated on NiNPs electrode preventing the interferences. The oxidation of glucose was highly catalyzed by NiNPs. The catalytically anodic currents were linearly increased in proportion to the glucose concentration over the 0~6.15 mM range at 650 mV versus Ag/AgCl.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2012.10a
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pp.1000-1002
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2012
The material with superior biocompatibility and physical-chemical stability is required to fabricate high sensitive biosensors. Many kinds of biomaterials have been evaluated to apply for bioindustry. Recently, carbon based diamond and graphene thin films have been focal pointed as bio applications and their possibility is partially evaluated. Diamond thin film has many advantages for electrochemical and biological applications, such as wide potential window (3.0~3.5V), low background current and chemical-physical stability. And graphene film has many advantages as biomaterial, chemical-physical stability and conductivity. In this work, we have cultured human nerve cell (SH-SY5Y) on the nanocrystalline diamond, mirocrystalline diamond, graphene film and cell culture dish. We use MTT assay to evaluate the characteristics of cell culture on the substrates. As a result, nerve cell is well cultured on the carbon based diamond and graphene films as similar as cell culture dish. We expect that carbon materials have been applied for bioindustry such as biosensors.
We have developed the bio-electrode measuring the variance of the amount of acetylcholine affected by residual pesticide. The working electrode of the biosensor was made by combination of cobalt phthalocyanine and carbon organic compounds. The biosensors were constructed by screen-printing method. The principle of working electrode is similar to thiocholine sensor. We have fabricated the biosensor using standard screen printing method. Generally, the biosensor made by printing method formed thick film biosensor. When the electrodes were made by electrochemical cells, the generation of current by the addition of enzyme substrate was inhibited by standard solutions of organo-phosphate pesticides. The detection limit of sensor is about 0.5 $\mu{g}/L$ for carbofuran. We could improve the responsibility of the sensor by controlling the cobalt phthalocyanine and thiocholine concentration ratio. Also we have tested the EPN and Chlorpyrifos pesticides and found that the biosensor is applicable to fast determination of residual pesticides.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.4
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pp.10-15
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2013
In order to fabricate high sensitive and stable biosensors, we require the material with superior biocompatibility and physical-chemical stability. Many kinds of biomaterials have been evaluated to apply for bioindustry. Recently, carbon based diamond thin films have been focal pointed as bio-applications and their possibility has been evaluated. Diamond thin film has many advantages for electrochemical and biological applications, such as wide potential window (3.0-3.5V), low background current and chemical-physical stability. In this work, we have cultured neuroblastoma cell (SH-SY5Y) on the crystalline diamond films. We use MTT assay to evaluate the characteristic of cell culture on the substrates. As a result, neuroblastoma cell was cultured on the crystalline diamond film as similar as cell culture dish.
An emzymatic bioanode for a glucose/oxygen biofuel cell was prepared by the sequential coating of carbon nanotube (CNT), charge transfer complex (CTC) based on tetracyanoquinodimethane (TCNQ) and tetrathiafulvalene (TTF), glucose oxidase (GOx), and polyion complex (mixture of poly-L-lysine hydrobromide and poly (sodium 4-styrenesulfonate)) on a glassy carbon electrode. A biocathode was also prepared by the sequential coating of CNT, bilirubin oxidase (BOD), 2,2'-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt (ABTS), and polyion complex. The effect of CNT and CTC on the electrochemical performance was investigated. The biofuel cell exhibited a promising performance with maximum power densities of 3.6, 10.1, and $46.5{\mu}W/cm^2$ at 5, 20, and 200 mM of glucose concentration, respectively. The result indicates that the biofuel cell architecture prepared in this study can be used in the development of biofuel cells and biosensors.
Glucose oxidase ($GOD_{ox}$) immobilized biosensor was fabricated by two methods. In one of the methods, gold nanoparticles (Au-NPs) prepared by ${\gamma}$-irradiation were loaded into the poly(maleic anhydride)-grafted multi-walled carbon nanotube, PMAn-g-MWCNT electrode via physical entrapment. In the other method, the Au-NPs were prepared by electrochemical reduction of Au ions on the surface of PMAn-g-MWCNT electrode and then GODox was immobilized into the Au-NPs. The $GOD_{ox}$ immobilized biosensors were tested for electrocatalytic activities to sense glucose. The sensing range of the biosensor based on the Au-NPs physically modified PMAn-g-MWCNT electrode was from $30\;{\mu}M$ to $100\;{\mu}M$ for the glucose concentration, and the detection limit was $15\;{\mu}M$. Interferences of ascorbic acid and uric acid were below 7.6%. The physically Au deposited PMAn-g-MWCNT paste electrodes appear to be good sensor in detecting glucose.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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