나노 다공성 구조를 가지는 전극은 매우 큰 전기화학적 표면적을 지니기 때문에 그 형성 방법에 대한 연구가 다양하게 이루어져 왔다. 본 논문에서는 정전위 양극 산화를 이용하여 초미세전극(ultramicroelectrode, UME) 표면에 나노 다공성 금(nanoporous gold, NPG) 구조를 도입하는 방법을 연구하였다. 1M KCl을 포함하는 0.1M 인산완충용액(pH 8)에서 1.3 V의 정전위를 가해 주면 잘 정의된 NPG 구조가 UME 표면에 도입되었다. NPG-UME 형성에서 인가 전위와 반응 시간, 그리고 전극의 크기가 형성된 NPG 전극의 거칠기 인자(roughness factor, Rf)에 미치는 영향을 관찰하여 양극 산화 효율을 조사하였다. 10분 정도의 짧은 시간에 2000정도의 큰 Rf 값을 가지는 NPG-UME를 만들 수 있었는데, 전기화학적 글루코오스 검출에 효과적으로 활용 가능하였다. 본 연구 결과는 적은 시료양으로 전기화학적 분석을 수행하는 경우 응용성이 클 것으로 기대한다.
우리는 금속 산화물 CuO nanoparticles (CuO NPs)과 전도성 고분자 Polyaniline (PANI)가 접목된 CNT fiber 유연 전극(CuO NPs/PANI/CNT fiber 전극)을 개발하여 H2O2 검출용 비효소적 전기화학센서에 적용하였다. CNT fiber 표면 위에 PANI와 CuO NPs을 전기화학적 합성/증착을 통해 제작된 CuO NPs/PANI/CNT fiber 전극은 주사전자 현미경(SEM)과 에너지분산형 분광분석법(EDS)을 통해 표면 분석이 수행되었으며, 순환전압 전류법(CV)과 전기화학 임피던스법(EIS), 시간대전류법(CA)을 이용하여 전기화학적 특성 및 H2O2 센싱 성능이 분석되었다. CuO NPs/PANI/CNT fiber 전극은 대조군인 bare CNT fiber 전극과 비교하여 약 4.78배의 유효 표면적 증가를 보였으며, 약 8.33배의 전자 전달 저항(Ret) 감소로 인한 우수한 전기 전도성 및 효율적인 전자전달 등의 전기화학적 특성을 나타냈다. 이런 향상된 전극 특성은 CuO NPs와 PANI의 접목을 통한 시너지 효과에 기인한 것으로, 결과적으로 H2O2 검출에 대한 센싱 성능이 개선되었다.
Vijayaraj, Kathiresan;Lee, Jun Hyuck;Kim, Hyung Sik;Chang, Seung-Cheol
한국식품위생안전성학회지
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제32권2호
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pp.83-88
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2017
본 연구의 목적은 screen printed 탄소계 전극에 기반하여 기능성 식품중에 포함된 소량의 Sildenafil과 Vardenafil(SDF 및 VDF)을 쉽게 검출하기 위한 전류계 면역센서를 개발하고자 하였다. 본 연구에서 개발한 면역센서는 horseradish peroxidase로 labeling 시킨 후 비경쟁적 샌드위치 ELISA 측정법에 의한 원리를 이용하였다. 개발된 센서는 그래핀 산화물 및 키토산(ErGO-CS) 복합체를 단순한 전기화학적 증착에 의해 screen printed 탄소계 전극을 이용하는 원리이며, 감지된 화학물질을 평가하고 센서특성을 최적화하기 위해 전기 화학적 임피던스분광법, 순환 전압 전류법 등을 포함한 일련의 전기화학적 실험방법에 기초하여 완성되었다. 본 연구에서 개발된 센서는 100 pg/mL ~ 300 ng/mL 농도의 SDF 및 VDF에 대하여 직선상의 농도-의존적인 반응을 나타내었다. 또한 최저 검출 한계는 55 pg/mL이었으며, 센서의 민감도는 $1.02{\mu}Ang/mL/cm^2$로 산출되었다. 센서의 성능은 7.1%의 상대 표준편차로 매우 우수한 재현성을 나타내었다. 본 연구에서 개발된 센서의 전략적 가치는 향후 건강기능식품중에 함유된 SDF 및 VDF과 같은 의약품의 미량을 현장에서 쉽게 분석 할 수 있어서 비용-효과적 측면에서 그 가치가 우수하다는 것을 제시한다.
This study presents a simple approach for the assembly of a free-standing conductive electronic nanofilm of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) suitable for enzymatic electrochemical biosensors. A large-scale SWNT electronic film was successfully produced by the dialysis of p-Terphenyl-4,4''-dithiol (TPDT)-treated SWNTs. Furthermore, Horseradish peroxidase (HRP) was immobilized on the TPDT-SWNT electronic film, and the enzymatic detection of hydrogen peroxide (H2O2) was demonstrated without mediators. The detection of H2O2 in the negative potential range (-0.4 V vs. Ag/AgCl) was achieved by direct electron transfer of heme-based enzymes that were immobilized on the TPDT-SWNT electronic film. The SWNT-based biosensor exhibited a wide detection range of H2O2 from 10 µM to 10 mM. The HRP-doped SWNT electronic film achieved a high sensitivity of 342 ㎛A/mM·cm2 and excellent selectivity against a variety of redox-active interfering substances, such as ascorbic acid, uric acid, and acetaminophen.
Pt-Co alloy nanowire array was directly synthesized by electrochemical deposition with polycarbonate template at -1.0V and subsequent chemical etching of the template. The use of Pt-Co alloy nanowire array-modified electrode (Pt-Co NAE) for the determination of morphine (MO) is described. The morphology of the Pt-Co alloy nanowire array has been investigated by scanning electron microscopy (SEM) and energy disperse X-ray spectroscopy (EDS) analysis), respectively. The resulting Pt-Co NAE offered a linear amperometric response for morphine ranging from $2.35\times10^{-5}$ to $2.39\times10^{-3}$ M with a detection limit of $7.83\times10^{-6}$ M at optimum conditions. This sensor displayed high sensitivity and long-term stability.
This manuscript explains the effective determination of urea by redox cyclic voltammetric analysis, for which a modified polypyrrole-graphene oxide (PPY-GO, GO 20% w/w of PPY) nanocomposite electrode was developed. Cyclic voltammetry measurements revealed an effective electron transfer in 0.1 M KOH electrolytic solution in the potential window range of 0 to 0.6 V. This PPY-GO modified electrode exhibited a moderate electrocatalytic effect towards urea oxidation, thereby allowing its determination in an electrolytic solution. The linear dependence of the current vs. urea concentration was reached using square-wave voltammetry in the concentration range of urea between 0.5 to $3.0{\mu}M$ with a relatively low limit of detection of $0.27{\mu}M$. The scanning electron microscopy was used to characterize the morphologies and properties of the nanocomposite layer, along with Fourier transform infrared spectroscopy. The results indicated that the nanocomposite film modified electrode exhibited a synergistic effect, including high conductivity, a fast electron-transfer rate, and an inherent catalytic ability.
The development of glucose biosensors has been attracting much attention because of their importance in monitoring glucose in the human body; such sensors are used to diagnose diabetes and related human diseases. Thanks to the high selectivity, sensitivity to glucose detection, and relatively low-cost fabrication of enzyme-immobilized electrochemical glucose sensors, these devices are recognized as one of the most intensively investigated glucose sensor types. In this work, ZnO nanofibers were synthesized using an electrospinning method with polyvinyl alcohol zinc acetate as precursor material. Using the synthesized ZnO nanofibers, we fabricated glucose biosensors in which glucose oxidase was immobilized on the ZnO nanofibers. The sensors were used to detect a wide range of glucose from 10 to 700 M with a sensitivity of $10.01nA/cm^2-{\mu}M$, indicating that the ZnO nanofiber-based glucose sensor can be used for the detection of glucose in the human body. The control of nanograins in terms of the size and crystalline quality of the individual nanofibers is required for improving the glucose-sensing abilities of the nanofibers.
Laccase could be successfully assembled on an amine-derivatized platinum electrode by glutaraldehyde coupling. The enzyme layer formed on the surface does not communicate electron directly with the electrode, but the enzymatic activity of the surf ace could be followed by electrochemical detection of enzymatically oxidized products. The well-known laccase substrates, ABTS (2,2'-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)) and PPD (p-phenylenediamine) were used. ABTS can be detected down to 0.5 ${\mu}M$ with linear response up to 15 ${\mu}M$ and current sensitivity of 75 nA/ ${\mu}M.$ PPD showed better response with detection limit of 0.05 ${\mu}M$, linear response up to 20 ${\mu}M$, and current sensitivity of 340 nA/ ${\mu}M$ with the same electrode. The sensor responses fit well to the Michaelis-Menten equation and apparent $K_M$ values are 0.16 mM for ABTS and 0.055 mM for PPD, which show the enzymatic reaction is the rate-determining step. The laccase electrode we developed is very stable and more than 80% of initial activity was still maintained after 2 months of uses.
Silicon quantum dots base on photoluminescent porous silicon were prepared from an electrochemical etching of n-type silicon wafer (boron-dopped<100> orientation, resistivity of 1~10 ${\Omega}-cm$) and used as a alcohol sensor. Silicon quantum dots displayed an emission band at the wavelength of 675 nm with an excitation wavelength of 480 nm. Photoluminescence of silicon quantum dots was quenched in the presence of alcohol vapors such as methanol, ethanol, and isopropanol. Quenching efficiencies of 21.5, 32.5, and 45.8% were obtained for isopropanol, ethanol, and methanol, respectively. A linear relationship was obtained between quenching efficiencies and vapor pressure of analytes used. Quenching photoluminescence was recovered upon introducing of fresh air after the detection of alcohol. This provides easy fabrication of alcohol sensor based on porous silicon.
The nitrogen doped porous carbon nanopolyhedrons (N-PCNPs)-multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) hybrid materials were prepared for the first time. Combining the excellent catalytic activities, good electrical conductivities and high surface areas of N-PCNPs and MWCNTs, the simultaneous determination of hydroquinone (HQ), catechol (CC) and resorcinol (RE) with good analytical performance was achieved at the N-PCNPs-MWCNTs modified electrode. The linear response ranges for HQ, CC and RE are 0.2-455 ${\mu}M$, 0.7-440 ${\mu}M$ and 3.0-365 ${\mu}M$, respectively, and the detection limits (S/N = 3) are $0.03{\mu}M$, $0.11{\mu}M$ and $0.38{\mu}M$, respectively. These results are much better than that obtained on some graphene or CNTs-based materials modified electrodes. Furthermore, the developed sensor was successfully applied to simultaneously detect HQ, CC and RE in the local river water samples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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