Fabrication of CO/K+ Dual Amperometric/Potentiometric Microsensor and in-vitro Measurement on Brain Slice of Mice

Abstract

This thesis describes the fabrication of electrochemical microsensors capable of detecting carbon monoxide (CO) and potassium ion (K+) simultaneously. The developed sensor was applied to in-vitro biological application. A planar-type amperometric/potentiometric CO/K+ dual microsensor was fabricated. The microelectrode consists of a platinum (Pt) micro-disk and a silver (Ag) micro-disk: Pt disk (76 µm in dia., WE1) is for CO detection based on electrochemical CO oxidation and Ag disk (76 µm in dia., WE2) is for K+ detection based on solid-state ion selective electrode (SS-ISE). This dual microsensor was treated with different types of silanization reagents to enhance hydrophobicity of the microelectrode surface. Also, microsensor was optimized by determining a proper potential for WE1 and increasing a portion of ionophores in membrane cocktail for WE2. As a result, the CO/K+ dual microsensor showed advanced performances in selectivity, sensitivity and response time for bio-applications. In-vitro biological application was carried out with brain slice of mice. Cell depolarization was triggered by glutamate, which is well known as an excitatory neurotransmitter. After cell stimulation with glutamate, generated CO and K+ were analyzed with CO/K+ dual microsensor simultaneously. The current and potential change at WE1 and WE2 respectively were converted to the concentration changes of CO and K+. The biological experiment outcomes were well agreed to the previous study, confirming the performance of the CO/K+ dual microsensor.;본 논문은 실시간으로 생체 내 물질 중 일산화탄소와 포타슘 이온을 측정할 수 있는 전기화학적 미세 센서를 개발하는 기술 및 이를 생물학적 연구에 적용한 연구에 대해 서술하고 있다. 일산화탄소와 포타슘 동시 측정 미세 센서는 미세 유리관 표면에 금속 전극이 노출 되어있는 형태로 구성되어있다. 금속을 녹여내어 미세한 포어를 만들어서 일산화탄소를 측정하는 전극에는 백금과 주석을 증착하였고 포타슘 이온을 측정하는 전극에는 은을 산화시켰다. 두 전극의 표면은 silanization 하여 소수성화를 극대화 시켰고 이는 센서가 다른 방해종 물질에 감응하지 않게 하고 고분자막(polymer membrane) 이 잘 접착 하는 데에 효과적이였다. 마지막 처리로 각 전극 위에 선택적 고분자 막을 도포하였다. 이를 통해 목표 물질만을 선택적으로 측정하는 것을 극대화 함으로서 선택성을 높였다. 쥐의 뇌 슬라이스 표면에 완성된 전극을 매우 가까이 설치하여 약물 자극에 대한 일산화탄소와 포타슘 이온의 농도 변화를 측정하였다. 기존 연구에 근거한 결과 비교 및 해석을 통해 센서의 생물학적 응용 가능성과 성능을 검증하였다.