Nghiên cứu ứng dụng cảm biến sinh học điện hóa trên cơ sở vi điện cực biến tính xác định dư lượng thuốc bảo vệ thực vật

Trong nghiên cứu này, điện cực trên cơ sở vi điện cực biến tính với PANi/Gr sẽ được ứng dụng như cảm biến sinh học điện hóa, sau đó được tích hợp với một hệ thiết bị đo điện hóa và modul truyền dẫn tín hiệu không dây (GSM/GPRS) để xác định dư lượng thuốc BVTV.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ứng dụng cảm biến sinh học điện hóa trên cơ sở vi điện cực biến tính xác định dư lượng thuốc bảo vệ thực vật Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 26, Số 3B/2021 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CẢM BIẾN SINH HỌC ĐIỆN HÓA TRÊN CƠ SỞ VI ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH XÁC ĐỊNH DƯ LƯỢNG THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT Đến tòa soạn 22-03-2021 Nguyễn Thị Thơm, Phạm Thị Năm, Võ Thị Kiều Anh, Nguyễn Thị Thu Trang, Trần Đại Lâm Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Vũ Thị Thu Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Phạm Ngọc Minh Viện Công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Nguyễn Hải Bình Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, SUMMARY APPLICATION OF ELECTROCHEMICAL BIO-SENSOR BASED ON MODIFIED MICRO-ELECTRODE TO DETECT PLANT PROTECTION DRUGS In this study, electrochemical biosensors based on conductive polymer (polyaniline, PANi) and carbon nanomaterials (graphene, Gr) were fabricated on a screen-printed electrode (Pt-SPE) to detect plant protective drugs (Methamidophos). PANi films were synthesized onto microelectrodes using cyclic voltammetry (CV) then coated Gr film directly onto the electrode. The PANi/Gr bilayer hybrid material has good electrical conductivity, high porosity, good adhesion to biological molecules, and fast electronic transmission. PANi/Gr hybrid membranes were used to fabricate disposable acetylcholinesterase sensors to detect acetylthiocholine (ATCh). The electrochemical sensor is capable of detecting the Methamidophos with a detection limit of 1-50 ppm for a period of 10 minutes with the error permitted limit (15%). The electrochemical sensor provides a very promising technical solution to monitor topical acetylthiocholine levels in patients with neurological diseases and to identify neurotoxins such as sarin and pesticides. Key words: Electrochemical bio-sensors, graphene (Gr), polyaniline (PANi), acetylcholinesterase (AChE), plant protection drugs. 1. GIỚI THIỆU và độ bám dính tốt với phân tử sinh học nên Gần đây, nhiều nghiên cứu tập trung vào phát thường được sử dụng trong cảm biến sinh học triển các cảm biến điện hóa và cảm biến sinh điện hóa. Hơn nữa, PANi có ba trạng thái hóa học trên cơ sở của màng lai của polyme tương học khác nhau có thể được điều chỉnh bằng hợp sinh học và vật liệu nano dẫn điện [1]. phương pháp điện hóa [3,4] và chúng nhạy với Trong số các vật liệu nano dẫn điện, graphen quá trình proton hóa/khử proton [5]. Ngoài ra, (Gr) và các dẫn xuất của nó có các đặc tính sự có mặt của các nhóm amin trong chuỗi tuyệt vời như: độ dẫn điện tốt, độ ổn định cơ polyme của PANi tạo thuận lợi để cố định học và tính linh hoạt tốt nên được ứng dụng enzym. Màng PANi/Gr hai lớp với độ dẫn điện nhiều trong hệ thống cảm biến điện hóa [2]. tốt và sự truyền điện tử nhanh đã được chứng Polyanilin (PANi) với độ xốp cao, độ dẫn điện minh là có lợi trong lĩnh vực cảm biến điện hóa 126 để phát hiện chất độc thần kinh [6,7] và theo của màng PANi được đo trên thiết bị Nicolet dõi các proton được giải phóng từ gen qua quá iS10, Thermo Scientific, Mỹ. trình khuếch đại [8]. 2.3. Chức năng hóa bề mặt vi điện cực (Chế Trong nghiên cứu này, điện cực trên cơ sở vi điện tạo cảm biến sinh học theo chức năng hóa bề cực biến tính với PANi/Gr sẽ được ứng dụng như mặt) cảm biến sinh học điện hóa, sau đó được tích hợp Vi điện cực được chức năng hóa bề mặt bằng với một hệ thiết bị đo điện hóa và modul truyền các vật liệu khác nhau theo các bước sau: dẫn tín hiệu không dây (GSM/GPRS) để xác định Tổng hợp màng PANi: Vi điện cực (1 × 3 cm) dư lượng thuốc BVTV. Cơ chế của việc xác định được phủ màng PANi bằng phương pháp quét thuốc BVTV là dựa trên sự ức chế hoạt động của thế vòng (CV) với khoảng thế quét từ -0,2 V enzyme acetylcholinesterase (AChE) bởi thuốc tới +0,9 V, tốc độ quét 50 mV/s, 10 chu kỳ BVTV. Khi tiếp xúc với phân tử thuốc BVTV quét trong dung dịch H2SO4 0,5 M chứa anilin (methamidophos), hoạt động của enzyme AChE 0,1 M. bị ức chế khiến nó sản sinh ra ít proton hơn so với Cố định màng graphen trên bề mặt vi điện cực: bình thường. Sự chênh lệch về lượng proton sẽ Màng Gr được chế tạo bằng phương pháp được ghi nhận trên một thiết bị xử lý tín hiệu CVD trên đế Cu, sau đó được phủ lên vi điện (được truyền dẫn không dây về trạm xử lý trung cực bằng phương pháp loại đế Cu trong dung tâm) qua đó cho ta biết hàm lượng thuốc BVTV. dịch muối Fe(NO3)3 2% [9]. 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP Cố định màng enzyme trên bề mặt vi điện cực: NGHIÊN CỨU Enzym Acetylcholinesterase (AChE) được cố 2.1. Hóa chất định trên màng PANi/Gr bằng cách phủ nhỏ Anilin (C6H5NH2), Axit sunfuric (H2SO4), Kali giọt 1μl dung dịch AChE nồng độ 5 IU/µl Permanganat (KMnO4), Acetylthiocholine trong đệm PBS (pH 7.4) lên bề mặt màng (ATCh), Acetylcholinesterase (AChE), dung PANi/Gr và ủ ở 4oC, 24 h trong hơi dịch đệm photphat (PBS), Glutaraldehyde glutaraldehyde (GA). Điện cực sau khi cố định (GA), Fe(NO3)3 là sản phẩm Sigma-Aldrich, ...