Platinum alloyed DLC and gold nanoparticle covered DLC electrodes for detection of glutamate

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2015-12-14
Department
Major/Subject
Biotroniikka
Mcode
S3037
Degree programme
BIO - Bioinformaatioteknologia (TS2005)
Language
en
Pages
91+7
Series
Abstract
Glutamate is one of the most common neurotransmitters in the vertebrate central nervous system. It is a factor in several neurological processes and dysfunction on its regulation has been suggested to play a role in different neurological conditions. The ability to detect glutamate with high spatial and temporal resolutions would give an important insight to the underlying mechanisms of these processes and conditions. Amperometric biosensors have provided a promising method for glutamate detection. The sensors are based on the electrochemical detection of hydrogen peroxide (H2O2), which is produced by an enzymatic reaction of glutamate. Due to several electrochemically active endogenous interferents present in the brain, a permselective polymer layer may be deposited onto the electrode. In this thesis the suitability of two electrode materials are evaluated, first for H2O2 detection and then for glutamate detection. The materials are: platinum alloyed DLC (CPt) and DLC with gold nanoparticles deposited onto it (AuNP). Two different polymer layers (polyaniline and polypyrrole) are deposited onto the electrode and their functionality as a permselective protective layer is assessed. Glutamate oxidase is immobilized onto the sample types, which performed satisfactorily in the preliminary studies of H2O2 detection. The stability of the enzyme layer is also evaluated. The CPt samples seemed to be a promising electrode material for glutamate sensors. The greatest problem with the AuNP samples was the detachment of the nanoparticles. Promising results were obtained from the preliminary measurements with H2O2 but sensors able to detect glutamate were not produced. The deposition of the polymer layers were not successful. The major problem with them was the improper adhesion between the substrate and the polymer layer.

Glutamaatti on yksi selkärankaisten keskushermoston yleisimmistä välittäjäaineista. Se vaikuttaa monien normaalien aivotoimintojen lisäksi myös monien neurologisten sairauksien syntyyn. Jotta näitä toimintoja ja niiden syntymekanismeja voitaisiin ymmärtää, olisi tärkeää kyetä mittaamaan glutamaatin pitoisuuksia tarkasti aivoista. Lupaava metodi glutamaatin havaitsemiseen on amperometriset bioanturit. Ne perustuvat entsymaattisen reaktion avulla glutamaatista tuotetun vetyperoksidin (H2O2) sähkökemialliseen havaitsemiseen. Antureiden elektrodit päällystetään yleensä puoliläpäisevällä suojaavalla kalvolla, jotta aivoissa olevat sähkökemiallisesti aktiiviset häiriötekijät eivät häiritsisi anturin toimintaa. Kahden eri elektrodimateriaalin soveltuvuutta arvioidaan ensin H2O2- ja sen jälkeen glutamaattimittauksilla. Materiaalit ovat platinalla seostettu timantinkaltainen hiili (CPt) ja kultananopartikkelein päällystetty timantinkaltainen hiili (AuNP). Elektrodit pinnoitetaan kahdella eri polymeerillä (polyaniliini ja polypyrroli) ja niiden toiminnallisuutta puoliläpäisevänä suojakalvona arvioidaan. Glutamaattioksidaasi immobilisoidaan niiden näytetyyppien päälle, jotka toimivat tyydyttävästi alustavissa H2O2-mittauksissa. Entsyymikerroksen stabiiliutta arvioidaan myös. CPt näytteet vaikuttivat lupaavalta electrodimateriaalilta glutamaattiantureihin. Suurin haaste AuNP-näytteiden kanssa oli nanopartikkeleiden irtoaminen mittauksissa. H2O2-mittaukset tuottivat lupaavia tuloksia, mutta glutamaattia havaitsevia antureita ei kyetty valmistamaan. Polymeerikalvojen pinnoittaminen ei onnistunut, ongelmana oli puutteellinen adheesio substraatin ja kalvon välillä.
Description
Supervisor
Laurila, Tomi
Thesis advisor
Peltola, Emilia
Keywords
Platinum alloyed DLC, Gold nanoparticles, Glutamate, Biosensors
Other note
Citation