Fabrication of Electrochemical H2S/O2 Dual Microsensor for in vivo Application

Abstract

In this research, a dual microsensor to simultaneously detect hydrogen sulfide (H2S) and oxygen (O2) was fabricated. Its performance and application to biological area were also verified. Two distinguished working electrodes were individually optimized to each targeted gas, H2S and O2. For H2S-selective electrode, a 50 µm Pt disk (WE1) was modified by electrodeposition and elctropolymerization. The other 25 µm Pt disk (WE2) was electrodeposited with different metal and coated with fluorinated xerogel membrane. The performance of the prepared H2S/O2 dual microsensor was tested via amperometry, and validated for various aspects, such as sensitivity, selectivity, linearity, and response time. This outstanding performance of the sensor enabled biological application. With the great advantage of its small body, the H2S/O2 dual sensor was positioned at the cortex of living rat brain. During 4-AP induced epilepsy seizure, along with the LFP, the level of H2S and O2 were monitored in real time. The dynamic responses of H2S and O2 showed clear correlation with the development of the seizure. The H2S/O2 dual microsensor successfully monitored simultaneous in vivo dynamics of H2S/O2 and suggests further application for broad areas which need real-time measurements.;본 학위논문에서는, 황화수소와 산소를 동시에 측정할 수 있는 전류측정 방식의 이중미세센서를 개발하고, 이를 생체 내에서 응용할 수 있는 연구 방법을 서술하고 있다. 황화수소는 뇌, 혈관 등에서 중요한 신호전달기체로 연구되고 있지만, 측정 도구의 부재로 인해 정확한 생리 기작에 대한 연구는 미흡한 상태이다. 따라서 이 연구에서는 황화수소와 생체 내에서 생체 신진대사의 지표가 되는 산소를 신경 활성 상태에서 실시간으로 측정함으로써, 황화수소 기체의 역할 이해의 기반이 되고자 한다. 두 작동 전극에 서로 다른 금속을 백금 마이크로 디스크에 전기 증착 시키고, 표면을 고분자나 소수성 막으로 처리하여, 황화수소와 산소에 각각 선택적인 전극으로 최적화한다. 제작한 센서는 목표 물질에 대한 활성, 선택성, 반응 시간에 대해 훌륭한 성능을 보였다. 또한, 해당 센서를 이용해 살아있는 쥐의 대뇌 피질에서, 4-AP 약물로 인해 유도된 간질 반응에 대해 황화수소와 산소의 농도 변화를 측정하였다. 그 결과, 측정한 지역장전위 (Local field potential, LFP)와 황화수소, 산소 사이의 밀접한 관련이 있음을 관찰하였다. 이를 통해, 황화수소/산소 이중미세센서의 성능과 생물학적 응용 가능성을 증명하였다