W przełomowym rozwoju naukowcy zaprojektowali bardzo wrażliwy i selektywny czujnik do wykrywania jonów miedzi (Cu (II)) za pomocą mikroelektrod włókien węglowych. To innowacyjne podejście, szczegółowo opisane w niedawnej publikacji w czasopiśmie RSC Advances, stanowi znaczący skok naprzód w dziedzinie wykrywania elektrochemicznego.
Zespół badawczy, kierowany przez dr Yangguanga Ou, w tym Uma nudurupati, Terdha Narla i dr David Punihaole z University of Vermont, opracował platformę opartą na anodowym zeznaniu etynylowych linków, w szczególności 1,4-dietynylobenzenu (Deb), na mikroelektrody z włókna węglowego. Dr OU podkreślił nowość i potencjalny wpływ ich pracy: „To badanie jest pierwszym, które wykazało udane anodowe osadzanie się podłączników etynylowych na mikroelektrod włókna węglowego, torując drogę zwiększonej czułości i selektywności w wykrywaniu miedzi”.
Jony miedzi odgrywają kluczową rolę w różnych procesach biologicznych, w tym funkcji enzymatycznej i sygnalizacji neuronowej. Jednak ich rozregulowanie jest powiązane z ciężkimi chorobami, takimi jak choroba Alzheimera. Tradycyjne metody pomiaru miedzi obejmują złożone i czasochłonne procedury. Nowe czujniki oferują prostszą i bardziej wydajną alternatywę, utrzymując wysoką wydajność nawet w obecności innych zakłócających jonów metali.
Metoda zespołu obejmowała proste, jednoetapowe anodowe odkładanie Deb, które znacznie zwiększyło czułość i selektywność mikroelektrod w kierunku Cu (II). Naukowcy wykazali, że osadzanie DEB w wielu skanach spowodowało trzykrotny wzrost czułości mikroelektrod w porównaniu z niezmodyfikowanymi elektrodami. Zmodyfikowane czujniki zachowały swoją zwiększoną wydajność w ciągu kilku dni, gdy są przechowywane w temperaturze pokojowej, oznaczając znaczną poprawę w stosunku do istniejących technologii.
W środowisku eksperymentalnym naukowcy stwierdzili, że elektrody modyfikowane przez DEB z wieloma skanami wykazywały zwiększoną gęstość prądu dla pików redukcyjnych Cu (II), co wskazuje na wyższą czułość. Dodatkowo, czujniki te utrzymywały podwyższoną czułość, nawet gdy testowane są roztwory zawierające inne jony metaliczne, takie jak magnez (Mg (II)), cynk (Zn (II)) i wapń (CA (II)). Ta odporność na ingerencję podkreśla praktyczność nowych czujników do zastosowań w świecie rzeczywistym.
Dr OU opracował implikacje swoich ustaleń: „Nasza praca pokazuje, że te mikroelektrody modyfikowane przez Deb mogą służyć jako wszechstronna platforma do wykrywania jonów miedzi w różnych kontekstach biologicznych i środowiskowych. Może to prowadzić do lepszych narzędzi diagnostycznych i dokładniejszego monitorowania procesów związanych z miedzią. ”
Kompleksowe podejście zespołu obejmowało ocenę morfologii powierzchni zmodyfikowanych elektrod za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Obrazy ujawniły, że odkładanie DEB z wieloma skanami stworzyło nierówną powierzchnię ze strukturami podobnymi do wyspy, potencjalnie przyczyniając się do zwiększonej wrażliwości poprzez tworzenie miejsc zarodkowania dla osadzania Cu (II) w Cu (0).
Podsumowując, opracowanie tych mikroelektrod włókien węglowych modyfikowanych przez DeB stanowi znaczący postęp w technologii wykrywania elektrochemicznego. Zwiększona czułość, selektywność i stabilność tych czujników sprawiają, że są obiecującym narzędziem do różnych zastosowań, od diagnostyki medycznej po monitorowanie środowiska. Prace zespołu Dr OU otwiera nowe możliwości odkrywania i zrozumienia dynamiki miedzi w systemach biologicznych, potencjalnie prowadząc do przełomu w leczeniu i zarządzaniu zaburzeniami miedzi.
Referencje dziennika
Nudurupati, U., Narla, T., Punihaole, D., i Ou, Y. (2023). Łatwe podejście do tworzenia wrażliwych i selektywnych czujników Cu (II) na mikroelektrodach z włókna węglowego. RSC Advances, 13, 33688-33695. Doi: https://doi.org/10.1039/d3ra05119f
O autorach
Yangguang ouPh.D, jest adiunktem, który dołączył do Departamentu Chemii na UVM jesienią 2020 roku. Jest także członkiem wydziału w programie Neuroscience Graduate Program, Cellular, Molecular and Biomedical Sciences oraz Vermont Center for Scriowo -naczyniowy i Zdrowie mózgu. Jej badania leżą na interfejsie między chemią bioanalityczną a neuronauki. Jej laboratorium specjalizuje się w szybkim skanowaniu cyklicznej woltametrii w mikroelektrodach z włókna węglowego. Jej długoterminowym celem jest opracowanie wszechstronnej elektrochemicznej platformy wykrywania, tak że można wykryć wszelkie interesujące biomarkery chemiczne. Umożliwi to rozszerzenie spersonalizowanych urządzeń diagnostycznych do oceny zdrowia psychicznego, żywienia, stresu lub innych stanów neurochemicznych jednostki w sposób ilościowy.
David HhaleheleDoktorat jest asystentem Chemia na University of Vermont i organizuje spotkanie z wykładowcami w Nauka materiałowa program. Jest także liderem projektu badawczego w Vermont Center for Cardiovascular i Brain Health (VCCBH), finansowane przez NIH centrum doskonałości badań biomedycznych (Cobre). Jego badania leżą na przecięciu chemii analitycznej i fizycznej, a także biofizyki, materiałów materiałowych i neuronauki. Jego grupa badawcza koncentruje się na opracowywaniu narzędzi do obrazowania chemicznego, które wykorzystują spektroskopię ramanowską do bezpośredniej wizualizacji dynamiki strukturalnej na poziomie molekularnym i interakcji nieczelewających cząsteczek w żywych komórkach. Grupa Davida jest zainteresowana wykorzystaniem tej nowej technologii obrazowania w celu zbadania mechanizmów regulacyjnych składania białek, zrozumienie podstawowych podstaw toksyczności fibrylu amyloidowego w zaburzeniach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, oraz do ustalenia związków struktury-aktywności polimerowej i lipidowej nanopartyjnych pojazdów dostarczających nanoparticle na bazie lipidów pojazdów dostarczających nanoparticle stosowane do transportu leków i terapeutycznych kwasów nukleinowych w terapiach genowych/przeciwnowotworowych.
Jeden jest obecnie 3Rd Dokładny student z roku naukowy z chemii analitycznej pod nadzorem dr Yangguang OU na University of Vermont, USA. Ma mistrza nauki w biofizyce z UMass Amherst, USA, badając białka strukturalne za pomocą rozpraszania światła, i ma BS-MS w chemii z University of Hyderabad w Indiach. Dwukrotnie otrzymała prestiżowe letnie stypendium badawcze od Indian Academy of Sciences jako studentka studiów licencjackich i pracowała w dziedzinach obejmujących nauki o białku, naukach, spektroskopii i elektrochemii. Przyczyniła się do rozwoju sformułowania w Revbio LLC, Lowell, MA, gdzie jej badania położyły podwaliny pod nową linię produktów obejmującą nieopioidowe cement dentystyczny zarzucony bólem, w celu opieki pooperacyjnej o wydobycie zębów. Poza laboratorium lubi czytać książki non-fiction, słuchać muzyki klasycznej, wędrówki i sztuk światłowodowych.
Tedha Narla jest niedawnym absolwentem programu magisterskiego Departamentu Pharmacology na University of Vermont. Ma tytuł licencjata w aptece w Indiach, gdzie pracowała nad sformułowaniem i oceną tabletek. Ze względu na zainteresowanie chemią mózgu i związanymi z nimi zaburzeniami dołączyła do grupy dr Yangguanga OU, gdzie przez dwa lata pracowała w opracowywaniu narzędzi elektrochemicznych, które można wykorzystać do wykrywania i monitorowania ważnych cząsteczek w sygnalizacji neuronalnej i komunikacji jelit-mózg. Podczas pobytu w OU Lab, jest współautor dwóch recenzowanych publikacji, prezentowanych na konferencjach regionalnych i międzynarodowych, i rozwinęła swoje umiejętności pisania. Oprócz tych przedsięwzięć badawczych, Terdha wykazała zaangażowanie w edukację i mentoring jako asystent dydaktyczny, prowadząc studentów studiów biologii i neuronauki. Ponadto wykazała się przywództwem, pełniąc funkcję sekretarza i wiceprezesa dwóch klubów prowadzonych przez studentów. Terdha jest zmuszona do nauki nowych technik i lepszego zrozumienia fizjologii mózgu i neuropatogenezy. Ma na celu przyczynić się do rozwoju terapeutycznego i diagnostycznego narzędzi.
