Electrochemical measurement of acetylcholine and choline

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2018-12-17
Department
Major/Subject
Translational Engineering
Mcode
ELEC3023
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
64
Series
Abstract
Acetylcholine (ACh) is one of the most important neurotransmitters in the central nervous system (CNS). Dysfunctional ACh production is related to neurological diseases, such as schizophrenia, Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease. Electrochemical detection of ACh requires enzymes that convert ACh to choline (Ch) and further to hydrogen peroxide. Ch is a precursor substrate of ACh, and the low intracellular concentration of Ch is the limiting factor for ACh formation. The aim of this thesis was to evaluate the feasibility of using Ni-alloyed carbon thin films in biosensors used for Ch detection. The focus points were detection of Ch and hydrogen peroxide in different solutions by in vitro experiments as well as immobilization of choline oxidase (ChOx) on the surface of the samples. Tetrahedral amorphous carbon and Ni thin films were used as reference materials. Cyclic voltammetry measurements demonstrated that high Ch concentrations were detected by Ni-alloyed carbon thin film and Ni thin film sensors in potassium hydroxide without the use of ChOx. Immobilization of ChOx was not achieved on the chosen materials using cross-linking. Enzyme solutions with different ChOx concentrations were used but the enzyme activities were lost with each procedure.

Asetyylikoliini on eräs tärkeimmistä hermovälittäjäaineista keskushermostossa. Sen virheellinen tuotanto liittyy neurologisiin sairauksiin, kuten skitsofreniaan, Alzheimerin tautiin ja Parkinsonin tautiin. Asetyylikoliinin sähkökemiallinen havaitseminen vaatii entsyymejä, jotka muuttavat sen koliiniksi ja siitä vetyperoksidiksi. Koliini on asetyylikoliinin esiaste, ja alhainen solunsisäinen koliinipitoisuus on rajoittava tekijä asetyylikoliinin muodostumisessa. Tämän työn tavoitteena oli selvittää nikkelillä seostettujen hiiliohutkalvojen soveltuvuus koliinia mittaaviin bioantureihin. Mielenkiinnon kohteina olivat koliinin ja vetyperoksidin havaitseminen eri liuoksissa in vitro -kokeilla sekä koliinioksidaasin kiinnittäminen näytteiden pintaan. Amorfista hiiltä ja nikkeliohutkalvoja käytettiin referenssimateriaaleina. Mittaukset syklisellä voltammetrialla osoittivat, että suuret koliinipitoisuudet kaliumhydroksidissa havaittiin nikkelillä seostetuilla hiiliohutkalvoilla sekä nikkeliohutkalvoilla ilman koliinioksidaasin käyttöä. Koliinioksidaasin kiinnittäminen ristisilloittamalla ei onnistunut valittuihin materiaaleihin. Entsyymiliuoksissa käytettiin eri konsentraatioita, mutta aktiivisuus hävisi kaikilla menetelmillä.
Description
Supervisor
Laurila, Tomi
Thesis advisor
Isoaho, Noora
Keywords
acetylcholine, choline, biosensors, enzymes, cyclic voltammetry, neurotransmitters
Other note
Citation