Novel Graphene-modified Carbon Electrodes for Trace Electroanalytical Determination of L-Tyrosine, Dopamine and Uric Acid. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Nadeem_Baig-g201207140.pdf Download (7MB) | Preview

Arabic Abstract

يعتبر رصد الجزيئات الحيوية مثل التيروزين، الدوبامين، وحمض اليوريك عملية ضرورية لإدراك الحالة الصحية للفرد. حيث أن التيروزين هو حمض أميني حاسم فهو بمثابة مقدمة للعديد من الناقلات العصبية مثل الدوبامين وبعض الهرمونات. يعمل الدوبامين في الجسم كناقل عصبي ويشارك أيضا في تنظيم ضربات القلب وضغط الدم. وفي نفس الوقت يتم إنتاج حمض البوليك في الجسم بسبب الأيض لمركبات البيورين والذي يخرج من الجسم عن طريق البول بمساعدة الكلى. إن المستوى غير الطبيعي من هذه الجزيئات الحيوية داخل الجسم يمكن أن يسبب الكثير من المشاكل الخطيرة. يمكن أن يسبب المستوى غير الطبيعي من التيروزين، والدوبامين وحمض اليوريك التيروزينميا، المهق، وأمراض الكبد، وأمراض الرئة، ومرض باركنسون، والفصام، و قضايا اضطراب عجز الانتباه فرط النشاط، والنقرس والكلى. وأدخلت العديد من أسطح الأقطاب المعدلة الفعالة والمكلفة للاستشعار من هذه الجزيئات الحيوية. واستخدم قطب قلم رصاص الجرافيت المصنع من مادة الكربون غير المكلفة والمعدلة مسبقا لتحقيق الحساسية العالية والانتقائية للاستشعار من الدوبامين وحمض اليوريك والتيروزين. وقد وجد أن الوسط الأيوني يدعم الاختزال المباشر لأكسيد الجرافين على سطح قلم رصاص الجرافيتي وكان أكثر فعالية لتعزيز حساسية والنشاط الإلكتروني لمساحة سطح القطب. تم الحصول على استجابة خطية مرضية باستخدام dERGO/GPE من 0.8 إلى 60، 0.4 إلى 30، و 0.2 إلى 22 ميكرومولار للتقدير الفردي من التيروزين والدوبامين و حمض البوليك على التوالي. وأسفر القطب المعدل انخفاض LOD من 0.07، 0.095 و 0.037 ميكرومولار لمركبات التيروزين، والدوبامين وحمض البوليك على التوالي. تم تطوير هيكل ساندوتش للجرافين مع جسيمات البلاتين المتناهية في الصغر (Pt NPs) على سطح قطب الكربون الجرافيتي (GPE) لتقدير مستوى أثر الدوبامين. هذا الترتيب من جسيمات البلاتين المتناهية في الصغر و طبقات الجرافين عزز الحساسية، النشاط الإلكتروني وترقية سرعة نقل الشحنة على سطح القطب. وقد وُجدت أن قيمة Ks ومساحة السطح الإلكتروني للدوبامين s-1 8.99 و cm2 0.81 على التوالي. ووُجد أن أجهزة الاستشعار المتطورة هذه حساسة جدا تجاه الدوبامين مع LOD تساوي 9 نانومولار. كانت استجابة أجهزة الاستشعار خطية لتركيز الدوبامين من 0.06 إلى 20 ميكرومولار. تم إجراء التقدير المتزامن في آن واحد من والدوبامين و حمض البوليك باستخدام التناوب جسيمات الذهب المتناهية في الصغر (Au NPs) وطبقات الجرافين على سطح قطب الكربون الجرافيتي (GPE). كانت عملية تصنيع الأقطاب الكهربائية القابل للتصرف بسيطة وسريعة، وانجزت من خلال dERGO و Au(III)على سطح قطب الرصاص الجرافيتي. تم الحصول على حساسية خطية جيدة على مدي من 0.1-25 ميكرومولار للدوبامين و 0.09-25 ميكرومولار لحمض اليوريك تحت الظروف المثلى باستخدام موجة فولتاميتري المربعة. تم الحصول على LOD منخفض جدا من 0.024 (DA) و 0.029 ميكرومولار (UA) من أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية المفتعلة. وكانت قمة فصل الدوبامين و حمض اليوريك عند 151 ملي فولت. وأخيرا، تم إفتعال الطبقات الممتدة من الميثيلين الأزرق والجرافين باستخدام طريقة فاسيل على GPE للاستشعار في آن واحد من الدوبامين وحمض البوليك والتيروزين. تعد هذه الطبقات الممتدة المتجعدة الشكل هي المعززة بشكل كبير لمساحة السطح الكهربي مقارنة بطبقات GR على GPE. وقد أظهرت الأسطح MB-GR/GPE مداً خطياً مرضياً من 0.05 - 10 ميكرومولار للدوبامين وحمض اليوريك بينما وُجد لل التيروزين 0،7-30 ميكرومولار. ووُجد أن أجهزة الاستشعار المتقدمة حساسة جدا مع LOD منخفضة جدا من 0.015، 0.027، 0.247 ميكرومولار للدوبامين وحمض البوليك، و التيروزين، على التوالي. وجد ان هذه الأقطاب المعدلة بالجرافين تتصرف بشكل جيد في وجود التداخلات المحتملة مثل ألانين، الأدينين، الجلوكوز، ميثيونين، الفركتوز، بعض الأنواع الأيونية Cl-, Co+2, Ca+2, K+, Na+ وتم الحصول على استردادات مرضية في عينة من البول البشري.

English Abstract

Monitoring of biomolecules, typically L-tyrosine, dopamine, and uric acid is essential to perceive the health condition of an individual. For instance, L-tyrosine is a crucial amino acid. It acts as a precursor for several neurotransmitters, such as dopamine, and for some hormones. Dopamine in the body acts as a neurotransmitter and also involves in the regulation of heartbeat and blood pressure. Uric acid is produced in the body due to purine metabolism and excreted from the body by urine with the help of kidneys. The abnormal level of these biomolecules inside the body could cause some serious problems. The abnormal level of L-tyrosine, dopamine and uric acid could cause tyrosinemia, albinism, liver disease, lung disease, Parkinson’s disease, schizophrenia, attention deficit hyperactivity disorder, gout and kidney issues. Various cost effective modified electrodes surfaces were introduced for sensing of these biomolecules. An inexpensive carbon material based graphite pencil electrode was used and modified by advance graphene material to achieve the high sensitivity and selectivity for the sensing of dopamine, uric acid, and L-tyrosine. It was found that ionic medium supported the direct reduction of graphene oxide on GPE was more effective to enhance the sensitivity and electroactive surface area of GPE. A satisfactory linear response was obtained using dERGO/GPE from 0.8 to 60, 0.4 to 30, and 0.2 to 22 µM for individual sensing of L-tyrosine, DA, and UA, respectively. The modified electrode yielded a low LOD of 0.07, 0.095 and 0.037μM for L-tyrosine, DA, and UA, respectively. The sandwich structure of graphene with Pt NPs was fabricated on GPE for trace level quantification of dopamine. This arrangement of the Pt NPs and the graphene layers enhanced the sensitivity, electroactivity and promoted the fast charge transfer on the electrode surface. The value of Ks and electroactive surface area for dopamine was found 8.99 s-1 and 0.81 cm2, respectively. The developed sensor was found very sensitive towards dopamine with a LOD of 9 nM. The sensor response was linear for dopamine concentration from 0.06 to 20 μM. The simultaneous sensing of DA and UA was done using alternating Au NPs and graphene layers fabricated GPE. The fabrication process of the disposable electrodes was simple, fast, and accomplished through the dERGO and Au(III) onto a graphite pencil electrode surface. Good linear sensitivity was obtained over the ranges of 0.1–25 µM for dopamine and 0.09–25 µM for uric acid under optimum conditions using square wave voltammetry. Very low LOD of 0.024 (DA) and 0.029 µM (UA) were attained from the fabricated electrochemical sensors. The dopamine and uric acid peak separation were 151 mV. Finally, the extended layers of methylene blue and graphene were fabricated using the facile method on GPE for the simultaneous sensing of DA, UA, and L-tyrosine. These extended wrinkled shape layers dramatically enhanced the electroactive surface area compared to merely GR layers on GPE. MTLB-GR/GPE surfaces have shown satisfactory linear ranges from 0.05 – 10 μM for dopamine and uric acid while for L-tyrosine was found 0.7 – 30 μM. The developed sensor was found very sensitive with very low LODs of 0.015, 0.027, and 0.247 μM was achieved for dopamine, uric acid, and L-tyrosine, respectively. The various graphene modified GPE surfaces behave well in the presence of potential interferences such as alanine, adenine, glucose, L-methionine, fructose, some ionic species Na+, K+, Ca+2, Co+2, Cl- and satisfactory recoveries were obtained in the human urine sample.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Kawde, Abdel-Nasser
Committee Members:	Abulkibash, Abdalla Mahmoud and Isab​, Anvarhusein A. and Morsy, Mohamed A. and Umoren, Saviour A.
Depositing User:	NADEEM BAIG (g201207140)
Date Deposited:	23 Jan 2018 08:29
Last Modified:	31 Dec 2020 07:44
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140603