Fabrication of Amperometric Sensor for Measurement of Nitric Oxide and Glucose/Oxygen

Abstract

This thesis is composed of two chapters: Chapter I describes the preparation of nitric oxide (NO) selective electrode with the surface metal hydrophobic structures. Chapter II deals with the fabrication and biological application of an glucose/O2 dual amperometric microsensor. In chapter I, the NO selective electrode was obtained with simple electrodeposition by controlling platinum (Pt) electrode surface structure. Different morphologies of Pt was electrodeposited on a gold (Au) electrode varying the concentration of K2PtCl4 solution at -0.2 V (vs. Ag/AgCl) and 0.08 C. The hydrophobicity of the electrode surface was measured by water contact angle. Edged nanostructures were synthesized in lower concentrations and showed more hydrophobicity. Sensitivity to NO increased at more hydrophobic surface, but responses to interfering species, acetaminophen (AP), ascorbic acid (AA), and dopamine (DA) were not altered. As a result, the improvement in sensor selectivity for NO over the biologically interfering species was achieved by the simple electrodeposition process without additional membrane treatment. In chapter II, a dual amperometric glucose/oxygen (O2) microsensor was fabricated and applied for real-time analysis. The analytical performances of this dual sensor, such as selectivity, sensitivity and response time, were demonstrated. The sensor possessed two Pt working electrodes: working electrode 1 (WE1) was a truncated Pt micropore electrode and working electrode 2 (WE2) was a simple Pt microdisk electrode. The WE1 was non-enzymatic glucose sensor exhibiting sufficient selectivity to glucose over common biological interfering species through the unique truncated cone-shaped pore structure. The surface of WE2 was silanized by gas permeable membranes and exhibited selectivity to O2. The glucose/O2 dual sensor was used to monitor dynamic changes of glucose and O2 levels in the hypoxia mouse hippocampus;이 논문은 두 장으로 구성되어있다. 제 1 장은 표면 금속 소수성 구조를 갖는 일산화질소 선택성 전극의 제조에 관한 주제를 기술한다. 제 2 장은 포도당/산소 이중 전류 측정방식 마이크로 센서의 제조 및 생물학적 응용에 대해 다룬다. 제 1 장에서는 일산화질소 선택성 전극은 간단한 전기 증착으로 백금 (Pt) 전극 표면 구조를 조절함으로써 얻어졌다. 백금의 다양한 형태는 -0.2 V (vs. Ag/AgCl), 0.08 C에서 K2PtCl4 용액의 농도를 변화시키면서 금 (Au) 전극 위에 전기 증착되었다. 전극 표면의 소수성은 물방울의 접촉각에 의해 확인되었다. 뾰족한 나노 구조는 보다 낮은 농도에서 합성되었으며 더 큰 소수성을 보였다. 소수성 표면에서 일산화질소에 대한 감응도는 증가하였으나 방해종, 아세트아미노펜 (AP), 아스코르브산 (AA) 및 도파민 (DA)에 대한 반응은 변화하지 않았다. 결과적으로, 생물학적 방해종들에 비해 일산화질소에 대한 센서 선택성의 향상은 추가적인 막 처리없이 간단한 전착 과정에 의해 비교적 간단한 방법으로 달성되었다. 제 2 장에서는 이중 전기화학적 포도당/산소 마이크로 센서를 제작하여 동물 모델에서의 실시간 동시 측정에 적용하였다. 센서는 두 개의 백금 작업 전극으로 구성되어 있는데, 포도당 전극은 원뿔 형태의 마이크로 포어 전극이고 산소 전극은 단순한 백금 마이크로 디스크 전극이었다. 포도당 전극은 위가 잘린 원뿔 형태의 포어 구조를 통해 일반적인 생물학적 방해종보다 포도당에 충분한 선택성을 나타내는 비효소 포도당 센서이다. 산소 전극의 표면은 가스 투과성 막을 실란화하여 산소에 대한 선택성을 부여하였다. 포도당/산소 이중센서는 저산소증 생쥐의 뇌 해마에서 포도당과 산소의 실시간 변화를 측정하는 데 사용되었다.