Hermoston välittäjäainepitoisuuksien sähkökemialliseen mittaamiseen käytettävät elektrodit

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Date
2011
Major/Subject
Elektroniikan valmistustekniikka
Mcode
S-113
Degree programme
Language
fi
Pages
[9] + 76
Series
Abstract
Työssä tutkittiin hermoston välittäjäainepitoisuuksien sähkökemialliseen mittaamiseen käytettäviä elektrodeja. Välittäjäainepitoisuuksien mittausten perusteella voidaan kehittää tehokkaampia hoitomenetelmiä neurologisille eli hermostollisille sairauksille, joiden hoitomuodot ovat tällä hetkellä vain oireita lieventäviä. Välittäjäaineiden mittaamiseen käytettävien anturien suurin haaste on niiden havaitsemisrajan alentaminen, jotta niillä voidaan havaita pieniäkin konsentraatiomuutoksia elimistössä ilman muiden aineiden vaikutusta mittaukseen. Työssä esitellään välittäjäaineiden ominaisuuksia ja yhteyksiä eri sairauksiin, sähkökemiallisia mittausmenetelmiä ja elektrodimateriaaliratkaisuja välittäjäaineiden mittaamiseksi ja muiden aineiden vasteiden poissulkemiseksi. Työssä tutkittiin syklisellä voltammetrialla (SV) Nafion-polymeerillä pinnoitetun platinaelektrodin antamia vasteita. Nafion valittiin pinnoitteeksi, koska se pystyy estämään negatiivisesti varautuneiden aineiden pääsyn elektrodille. Siten sen tärkein tehtävä on rajata elektrodille pääseviä aineita. Mittaukset tehtiin in vitro fosfaatti-puskuroidussa suolaliuoksessa (PBS), johon lisättiin dopamiinia, jota haluttiin mitata, sekä askorbiinihappoa, joka usein häiritsee välittäjäaineiden mittauksia todellisessa fysiologisessa ympäristössä. SV valittiin mittausmenetelmäksi, sillä sen ajallinen resoluutio on parempi kuin muiden sähkökemiallisten mittausmenetelmien. Tuntemalla välittäjäaineiden hapettumisjännitteet, voidaan aineiden pitoisuudet määrittää SV:n virtavasteesta, kun aine hapettuu positiivisesti varautuneella työelektrodilla. Tulosten perusteella Nafion-pinnoite elektrodilla auttoi pienentämään PBS-liuoksesta saatavia vasteita, kuten vedyn adsorptiota, desorptiota ja oksidin pelkistymistä. Nafion-pinnoite kuitenkin esti myös dopamiinin pääsyä elektrodille, eikä anturi havainnut dopamiinia yhtä herkästi kuin pinnoittamaton elektrodi. Sen sijaan askorbiinihapon lisäys nesteeseen ei vaikuttanut juurikaan Nafion-pinnoitettujen elektrodien vasteeseen, kun taas pinnoittamattomalla elektrodilla vaste nousi 70 %. Nafion-pinnoite siis auttoi askorbiinihapon aiheuttaman häiriön poistamisessa, mutta ei auttanut havaitsemaan dopamiinia yhtä herkästi kuin pinnoittamaton elektrodi.

The focus of this work was in the electrodes that are used for measuring the concentrations of neurotransmitters with electrochemical techniques. Based on the measurement of the concentrations new treatments can be developed for neurological diseases, for which the treatments nowadays are only to relief the symptoms. The biggest challenge is to decrease the limit of detection of the sensors used in the measurements. This is important to enable the measurement of the smallest changes of concentration without any interference from other molecules in the extracellular fluid. In this work the connections between neurotransmitters and diseases, the electrochemical measurement techniques and the electrode materials for measuring neurotransmitters and limiting the detection of other molecules were studied. In this work Nafion coated platinum electrodes were studied with cyclic voltammetry (CV). Nafion was chosen for the coating material, as it repulses the negatively charged molecules and prevents them from reaching the electrode surface. The measurements were made in phosphate buffered saline (PBS). Dopamine and ascorbic acid were added to the solution to measure how they affect the response of the coated and uncoated electrodes. Dopamine acted as a model of positively charged and electroactive neurotransmitter and ascorbic acid as a normal interfering ion in the extracellular fluid. CV was chosen for the technique as its temporal resolution is better than with other electrochemical techniques. When a neurotransmitter oxidizes at the positively charged working electrode it can be seen as a change in measured current. By knowing the oxidation potentials of the neurotransmitters, they can be recognized from the cyclic voltammogram. Based on the results, Nafion coating helped to decrease the responses of adsorption and desorption of hydrogen and reduction of oxide. It also prevented dopamine from getting to the electrode, and the coated electrode didn't detect dopamine as sensitively as the uncoated electrode. The addition of ascorbic acid in the solution didn't increase the response of the coated electrodes, but for the uncoated it increased by 70 %. To conclude, Nafion was effective in prohibiting the interference from ascorbic acid, but it didn't help to measure dopamine as sensitively as an uncoated electrode.
Description
Supervisor
Paulasto-Kröckel, Mervi
Thesis advisor
Saukkonen, Reeta
Keywords
electrode, neurotransmitter, electrochemical measurement techniques, dopamine, Nafion, cyclic voltammetry, elektrodi, välittäjäaine, sähkökemialliset mittausmenetelmät, dopamiini, Nafion, syklinen voltammetria
Other note
Citation