Fabrication of Electrochemical NO/K+ Dual Microsensor and H2O2 Microsensor for in-Vivo/in-Vitro Application

Abstract

This thesis is composed of two chapters: chapter 1 describes the fabrication and biological application of NO/K+ dual electrochemical microsensor and chapter 2 deals with the fabrication of H2O2 sensor for H2O2 measurement with cells. In chapter 1, a planar-type amperometric/potentiometric NO/K+ dual microsensor was fabricated. The dual microsensor possessed two electrodes: one was platinum micro-disk for amperometric NO measurement based on NO electrochemical oxidation and the other was a silver micro-disk for potentiometric ion (K+) measurement based on solidstateion selective electrode (SS-ISE). This dual microsensor was treated with different silanization reagents for sensor selectivity. As a result, the sensor showed excellent selectivity, sensitivity and ability for bioapplication.Therefore, the sensor was used for in-vivo biological application which is analyzing NO and K+ simultaneously and quantitatively in a rat brain cortex under acute seizure condition induced by 4-aminopyridine injection. The concentration changes of NO and K+ were considerably matched with results reported previously, confirming the performance of the NO/K+ dual microsensor. In chapter 2, a coiled amperometric H2O2 microsensor was fabricated. Ru electrodeposited on Pt microwire was fabricated as the working electrode of this H2O2 microsensor. For the stable detection of H2O2 in an agitated solution containing cells such as RBC (red blood cell), the Ru electrode was fabricated in the coiled shape which reduced a space occupied by the electrode. The sensor showed good selectivity and low detection limit, and therefore could be used for in-vitro biological application which is analyzing H2O2 in the presence of RBC. The H2O2 removal by RBC was observed and this result was agreed with the previous research. Later, the H2O2 sensor could be useful for quantitative and realtime in vitro analysis of H2O2 for cell function studies related to reactive oxygen species (ROS) including H2O2.;본 논문은 실시간으로 생체 내 물질을 (일산화질소, 포타슘 이온,과산화수소) 측정할 수 있는 전류 및 전압측정방식의 전기화학적 미세센서를 개발하는 기술들 및 이를 이용한 생물학적 응용연구에 대해 기술하고 있다. 제 1 장에서는 일산화질소와 포타슘 이온을 동시에 측정할 수 있는 이중 미세센서의 제작과 생물학적 응용에 대해 기술하고 있으며, 제 2 장에서는 과산화수소를 측정할 수 있는 미세센서의 개발에 대해 기술하였다. 제 1 장에서는 일산화질소와 포타슘 이온을 측정하는 전극을 제작하였다. 두 전극의 표면을 silanization 함으로써 소수성화 하여 전극의 목표 물질만을 선택적으로 측정하도록 하였고, 포타슘 이온을 측정하는 이온 선택성 전극에는 이온 선택적 전극막과 전극 사이의 안정성을 확보하였다. 완성된 전극으로 쥐의 대뇌 피질에서 약물자극에 따른 일산화질소와 포타슘 이온의 농도 변화를 측정하여 기존 연구 결과들과 일치하는 것을 확인함으로써 전극의 성능을 증명하였다. 제 2 장에서는 과산화수소를 측정하는 전극을 개발하였다. 루테늄금속을 백금선에 전착하여 과산화수소를 환원시키는 전극으로 사용하였다. 전극의 모양을 코일 형태로 만들어, 전극이 차지하는 부피를 줄임으로써 교반되는 샘플 용액 안에서도 안정적으로 과산화수소를 측정할 수 있도록 하였다. 적혈구 세포가 과산화수소를 제거함에 따라 과산화수소 농도가 줄어드는 것을, 만든 전극을 이용하여 실시간에 성공적으로 측정하였다. 이 센서는 과산화수소를 제거하는 것으로 알려진 적혈구 세포의 연구에 효과적으로 쓰일 것이 예상되며, 관련된 해당 연구는 추가적인 진행이 필요하다.