глюкозни

  • елементи
  • абстрактно
  • Въведение
  • резултатът
  • дискусия
  • заключение
  • методи
  • CG наношеест
  • Fe304/CG хибридни наноматериали
  • Производство на ензимен електрод
  • Електрохимични измервания
  • Повече информация
  • Допълнителна информация
  • Word документи
  • Допълнителна информация
  • Коментари

елементи

  • Магнитни свойства и материали
  • Синтез на графен

абстрактно

Нов вододиспергируем и биосъвместим графит, функционализиран с хитозан (CG), беше приготвен чрез едноетапно смилане на топка от карбоксилен хитозан и графит. Наличието на азот (от хитозан) на повърхността на графена позволява CG да бъде отличен катализатор за електрохимични биосензори. Получената CG показва по-ниско съотношение ID/Ig в спектъра на Раман в сравнение с други азотсъдържащи графени, приготвени по различни техники. Магнитните наночастици Fe304 (MNP) се въвеждат допълнително в асинтезираната CG за многофункционални приложения извън биосензорите, като магнитно резонансно изображение (MRI). Карбоксилните групи от CG се използват за директно обездвижване на глюкозна оксидаза (GO x) чрез ковалентно свързване, докато включването на MNP допълнително улеснява въвеждането на ензими и други уникални свойства. Полученият биосензор реагира добре на откриване на глюкоза с граница на откриване 16 μM, чувствителност 5.665 mA/cm2/M и линеен обхват на откриване до 26 mM глюкоза. Образуването на мултифункционални MNP/CG нанокомпозити осигурява допълнителни ползи за приложения в множество клинични области, като in vivo биосензори и MRI агенти.

В тази работа ние представихме прост, но ефективен метод за синтез на азотсъдържащ легиран с хитозан графен (CG) за електрохимични биосензори, използвайки едноетапна техника на фрезоване на топки 27, 28. Освен това сме включили наночастици Fe304 с CG в многофункционални приложения. Комбинацията от MNP и CG не само комбинира магнитни свойства с каталитична активност, но осигурява и други предимства за хибридни материали, като по-големи активни повърхности и подобрен електронен транспорт с образуването на 3D хибриди от модифицирани от наночастици наночастици, които са полезни в производството на електрохимичните сензори. 29, 30, 31. В тази статия ние имобилизирахме глюкозна оксидаза върху хибриди Fe304/CG чрез ковалентно свързване, за да създадем високоефективни електрохимични биосензори за откриване на глюкоза. Получените хибриди могат по-нататък да се използват за многофункционални приложения извън биосензори, като ЯМР изображения.

резултатът

Схематичен синтез на CG. б Типично AFM нанолистово CG изображение. Стрелката показва наличието на хитозан. ° С Схематична подготовка на нанокомпозити Fe304/CG. д Типично AFM изображение на нанокомпозити Fe304/CG.

Изображение в пълен размер

Резултатите от XPS на получените Fe304/CG хибриди са показани на Фигура 2. Спектърът за изследване на XPS на получените Fe304/CG нанокомпозити показва три елемента в допълнение към съдържанието на O, напр. N при 400 eV, C сигнал при 284 eV, Fe при 710 eV и 725 eV (фиг. 2а), което потвърждава успешната комбинация от CG наночастици и наночастици Fe304. Установено е, че съдържанието на азот в получените нанокомпозити е 5,16%. C1 спектърът с висока разделителна способност (фиг. 2в) показва три доминирани пика, свързани с sp2 хибридизирани C атоми (284.6 eV), C-NH 2 (286.1 eV) и sp3C атоми, свързани с N и O (288, 1 eV). 23. Спектърът на излъчване на Fe2p (фиг. 2г) показва два пика при 711.3 eV и 725.8 eV, които са свързани с Fe2p3/2 и Fe2p 1/2, потвърждавайки образуването на Fe304. Ns спектърът с висока разделителна способност е оборудван с четири пика (фиг. 2г). Преобладаващият пик при 397,4 eV се получава от азот в хитозана, както е потвърдено от N1 със спектър с висока разделителна способност на непокътнат хитозан, както е показано на Фигура S3 (SI). Присъствието на пиридинов азот (398, 9 eV) и пиролинов азот (399, 2 eV) се разкрива в структурата на CG, осигурявайки активни места за електрохимична катализа 32, 33. Пикът при 400,9 eV е свързан с кватернерния азот.

XPS спектър за изследване на Fe304/CG нанокомпозити. б C1 спектър с висока разделителна способност. ° С Fe2p спектър с висока разделителна способност. д N1 спектър с висока разделителна способност.

Изображение в пълен размер

XRD модел Fe304/CG. б Раманов спектър на CG и Fe304/CG. ° С FTIR спектър Fe304/CG. д TGA крива Fe304/CG.

Изображение в пълен размер

Магнитно контролираното движение на хибрида Fe304/CG е показано на фигура 4 (а). Вижда се силното привличане на нанокомпозитите към външния магнит, което показва лесно отделяне на нанокомпозитите от дисперсията. Фигура 4 (b) показва веригите за магнитна хистерезис на получените наноматериали, измерени с помощта на свръхпроводящо устройство за квантова интерференция (SQUID) в диапазона -10

а Цифрови снимки на Fe 3 O 4/CG нанокомпозитна суспензия със и без външно магнитно поле. б крива на магнитната хистерезис на наноматериали Fe304 и Fe304/CG. cT2 претеглени ЯМР изображения на наноматериали CG и Fe304/CG.

Изображение в пълен размер

Амперометрични отговори на Fe304/CG-GOx електрод към последователно добавяне на 5 mM глюкоза при 0,5 V срещу Ag/AgCl в 0,1 M PBS (pH = 7,4). б получена калибрационна крива за откриване на глюкоза.

Изображение в пълен размер

дискусия

Подготвили сме отлични активни NG катализатори по бърз и ефективен начин чрез смилане на топки хитозан и графит. Процесът на смилане на топки раздробява хитозана на малки активни молекули, които функционализират графитните листове по ръба и разширяват слоестите пространства на графитните слоеве по време на началните стъпки на смилане на топки. Ковалентните връзки между графитните слоеве се отслабват от нарастващото количество въведени молекули хитозан, които улесняват отлепването на графеновите наночастици със синергичните ефекти на срязването при смилане на топки. Наличието на азот (от хитозан) около конюгираната с въглерод матрица осигурява не само активни места за биосензоризация, но и отлична биосъвместимост както за ензимно имобилизиране, така и за in vivo приложения. .

В допълнение, сложната in vivo среда и ограниченията на традиционната диагноза подкрепят изискванията за проектиране на мултимодални диагностични техники, като многофункционални биосензори. В тази работа ние включихме суперпарамагнитна Fe 3 O 4 NP в асинтезирана CG за приготвяне на високоефективни биосензори с други приложения за ЯМР. Вграждането на Fe 3 O 4 NP в CG допълнително увеличава повърхностните площи на нанозизата, което е от полза за увеличеното натоварване на ензимите и електронния транспорт между ензима и електрода.

заключение

Нашата предварителна работа представлява прост, но ефективен начин за приготвяне на нов диспергируем във вода биоматериал, съдържащ биоматериали от модифициран графен хитозан, използвайки техника на едноетапно смилане на топката. Асинтезираните CG нанолистове показват един до няколко слоя дебелина и силно каталитична активност за биосензори. Магнитните наночастици Fe304 се въвеждат допълнително в асинтезирана CG за повишена ензимна имобилизация, електрохимична активност и други магнитни свойства. Полученият биосензор на базата на хибриден Fe304/CG е сглобен. Постига се висока чувствителност (5,658 mA/cm2/M) с ниска граница на откриване (16 μM) и широк линеен обхват на откриване до 26 mM. Полученият биосензор също показва добра възпроизводимост и дългосрочна стабилност с други предимства на приложения в различни области, като ЯМР изображения, отваря възможността за производство на многофункционални нанобиосензори за бъдеща клинична мултимодална диагностика и терапия.

методи

CG наношеест

CG се приготвя чрез смесване на графит и карбоксилен хитозан (1:20 w/w) в топкова мелница. Сместа се разклаща енергично при 500 rpm. В продължение на 12 часа и след това се отстранява с дейонизирана (DI) вода за центрофугиране при 8000 об/мин. В рамките на 10 минути. Супернатантът се събира след центрофугиране и се диализира в DI вода за една нощ, за да се отстранят всички примеси.

Fe304/CG хибридни наноматериали

Образуването на Fe304/CG хибрид е схематично показано на ФИГ. 1 (в). Плазменото третиране под оцетна киселина се извършва върху CG за въвеждане на по-активни карбоксилни групи за отлагане на наночастици. След това се правят нанокомпозити Fe304/CG по техниката на съвместно утаяване 15. Обикновено асинтезираният CG се диспергира добре в DI вода при концентрация от 0,5 mg/ml и остава при 80 ° C с магнитно разбъркване FeCl 3,6 H 2 O (30 mg) и FeCl 2,4 H 2 O (380 след това към горната дисперсия се добавят mg), докато сместа се оставя да се разбърква цяла нощ под N2 при 80 ° C. След това се накапват 3 mol/L NaOH, последвано от допълнително магнитно разбъркване в продължение на 3 часа при 80 ° В. Получените Fe 3 O 4/CG нанокомпозити впоследствие са получени в три екземпляра, измиване с етанол и вода и сушене във фурна при 60 ° C за 12 часа.

Производство на ензимен електрод

Като работен електрод се използва ITO стъкло, покрито с Pt (100 mA/cm 2, 30 s). След това покритото с Pt ITO се потапя в дисперсия от 0,5 mg/ml -1 Fe 3 O 4/CG за 3 часа и се суши при стайна температура в продължение на една нощ. След това полученият електрод се потапя в разтвор на PBS (рН = 7.4), съдържащ 34 mg/ml EDC и 17 mg/ml NHS за 2 часа при стайна температура, за да се активират карбоксилните групи в CG. След това GOx беше имобилизиран във Fe304/CG нанокомпозити чрез потапяне на разтвора Fe304/CG в 5 mg/ml GOx/0.1 M PBS разтвор (рН = 7) при 4 ° С за 2 часа.

Електрохимични измервания

Електрохимичните измервания бяха извършени с използване на електрохимична работна станция CHI 760D с конвенционална настройка на три електрода при стайна температура. Платинена тел и Ag/AgCl (наситен KCl) бяха използвани като брояч и референтен електрод. Амперометричната реакция беше измерена в 0,1 М PBS (рН = 7,4) при постоянен потенциал от +0,5 V, където водородният пероксид, получен чрез окисление на глюкозата, беше окислен. Реакцията на окислителния поток с постепенно добавяне на 5 тМ глюкоза се записва.

Повече информация

Как да цитирам тази статия: Zhang, W. et al. Многофункционални глюкозни биосензори от Fe 3 O 4 наночастици, модифицирани нанокомпозити от хитозан/графен. Sci. Представител. 5, 11129; doi: 10, 1038/srep11129 (2015).

Допълнителна информация

Word документи

Допълнителна информация

Коментари

Изпращайки коментар, вие се съгласявате да спазвате нашите Общи условия и насоки на общността. Ако откриете нещо обидно или несъвместимо с нашите условия или насоки, означете го като неподходящо.