Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/44904
Title: ไบโอเซนเซอร์ของอะซิติลโคลีนเอสเทอเรสจากนาโนคอมโพสิตของอนุภาคนาโนทอง/เมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกา สำหรับการตรวจวัดสารฆ่าแมลง
Other Titles: Acetylcholinesterase biosensors based on gold nanoparticles/mesocellular foam silica nanocomposites for detection of pesticides
Authors: ณัฐวัตร สุรทิน
Advisors: สีรุ้ง ปรีชานนท์
จูงใจ ปั้นประณต
Other author: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิศวกรรมศาสตร์
Advisor's Email: seeroong.p@chula.ac.th
joongjai.p@eng.chula.ac.th
Subjects: ไบโอเซนเซอร์
อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส
อนุภาคนาโน
ทอง
ซิลิกา
ยาฆ่าแมลง
Biosensors
Acetylcholinesterase
Nanoparticles
Gold
Silica
Insecticides
Issue Date: 2555
Publisher: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
Abstract: งานวิจัยนี้ศึกษาการดัดแปลงอิเลคโทรดสำหรับอะซิติลโคลีนเอสเทอเรสไบโอเซนเซอร์เพื่อการตรวจวัดสารฆ่าแมลงประเภทออร์กาโนพอสเฟต และคาร์บาเมต โดยใช้เมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกาเป็นวัสดุสำหรับตรึงเอนไซม์โดยอาศัยแรงยึดเหนี่ยวทางประจุเป็นแรงยึดเกาะซึ่งเมโซเซลูลาร์โฟมซิลิกาเป็นวัสดุที่มีลักษณะโครงสร้างเป็นรูพรุนที่มีพื้นที่ผิวสูง มีปริมาตรของรูพรุนสูง มีคุณสมบัติเข้ากับเอนไซม์ได้ดี รวมทั้งพื้นที่ผิวที่มีหมู่ฟังก์ชั่นที่สามารถปรับปรุงได้ง่าย ส่วนวัสดุนาโนทองเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติที่ดีในการนำไฟฟ้าจึงนิยมนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ในงานไบโอเซนเซอร์เพราะจะเป็นตัวช่วยในการส่งถ่ายอิเล็กตรอน ดังนั้นการนำวัสดุทั้ง 2 ประเภทนี้มาสังเคราะห์ร่วมกันเพื่อนำไปใช้ในการตรึงเอนไซม์ในงานไบโอเซนเซอร์ก็จะทำให้ได้ไบโอเซนเซอร์ที่มีประสิทธิภาพในการตรวจวัดที่ดี สำหรับการสังเคราะห์วัสดุผสมระหว่างเมโซพอรัสซิลิกา/อนุภาคนาโนทองนั้น ขั้นตอนในการสังเคราะห์แบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอน ในขั้นตอนแรกจะเป็นการสังเคราะห์วัสดุเมโซเซลูลาร์โฟมซิลิกา โดยใช้สารพลูโรนิก พี 123 เป็นสารกำหนดโครงสร้าง และเตตระเอทิล ออโทซิลิเกต เป็นสารโครงสร้างหลัก ซึ่งพบว่าวัสดุเมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกาที่สังเคราะห์ได้มีขนาดของรูพรุนเฉลี่ยอยู่ที่ 26 นาโนเมตร พื้นที่ผิว 537.64 ลูกบาศก์เมตรต่อกรัม และปริมาตรของรูพรุน 1.02 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อกรัม ซึ่งในขั้นตอนต่อมาจะนำวัสดุเมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกานี้มาปรับปรุงพื้นผิวด้วยสารก่อฟังก์ชั่นเอพีทีเอส (3-อะมิโนโพรพิลไตรเอทอกซีไซเลน) โดยนำไปรีฟลักซ์ในโทลูอีนที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส จะทำให้เกิดหมู่ไธออลบริเวณพื้นผิวรูพรุน ซึ่งจะช่วยให้สามารถดูดซับทองคลอไรด์ไอออน (AuCl4-) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองได้ และในขั้นตอนสุดท้ายจะนำวัสดุเมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกาที่ดูดซับทองคลอไรด์ไออนมาผ่านวิธีอัลตร้าโซนิค (ultrasonic irradiation) ซึ่งเร่งให้เกิดการแตกตัวของน้ำเป็นไฮโดรเจนฟรีเรดิคอล (•H) และไฮดรอกซิลฟรีเรดิคอล (•OH) ซึ่งจะทำหน้าที่รีดิวซ์ทองในรูปของไออน (Au3+) จากทองคลอไรด์ไอออน (AuCl4-) ให้ เกิดเป็นอะตอมของทองยึดเกาะภายในรูพรุนของวัสดุเมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกา ซึ่งพบว่าขนาดเฉลี่ยของอนุภาคของทองที่สังเคราะห์ขึ้นคือ 4.9 นาโนเมตร เมื่อนำวัสดุ เมโซพอรัสซิลิกา/อนุภาคนาโนทองมาตรึงเอนไซม์จะได้ปริมาณเอนไซม์ตรึงรูปที่ 48.20 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเอนไซม์ที่ตรึงรูปนี้มาดัดแปลงอิเลคโทรดของไบโอเซนเซอร์ร่วมกับไคโตซานฟิล์ม จะได้อิเลคโทรด SPCE/MCF/AuNPs/AChE/Chitosan เมื่อนำมาทดสอบ การตอบสนองทางไฟฟ้าด้วยวิธีไซคลิกโวลแทมเมตรี พบว่าให้การตอบสนองสูงสุดเมื่อป้อนศักย์ไฟฟ้าเท่ากับ +0.8 โวลต์ และสามารถวัดสารฆ่าแมลงประเภทออร์กาโนฟอตเฟต คือ เมธิล พาราไธออนได้ในช่วงความเข้มข้น 1 ถึง 200 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม และ1 ถึง 200 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม โดยมีความไวในการตอบสนอง 0.0928 และ 0.028 นาโนแอมแปร์ต่อนาโนโมลาร์ตามลำดับ ค่าความเข้มข้นต่ำสุดที่สามารถตรวจวัดได้คือ 0.065 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม ส่วนสารฆ่าแมลงประเภทคาร์บาเมตที่ทำการตรวจวัดคือเมโทมิล ซึ่งสามารถตรวจวัดได้ในช่วงความเข้มข้น 1 ถึง 10 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม และ 10 ถึง 100 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม โดยมีความไวในการตอบสนอง 1.1523 และ 0.3204 นาโนแอมแปร์ต่อนาโนโมลาร์ ตามลำดับ ค่าความเข้มข้นต่ำสุดที่สามารถตรวจวัดได้คือ 0.128 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม ซึ่งเป็นช่วงการตรวจวัดที่เหมาะสมกับการใช้งานตามเกณฑ์ทางกฎหมาย เมื่อทดสอบความคงในการตอบสนองของของอิเลคโทรดที่ดัดแปลงขึ้นเมื่อทำการเก็บรักษาไว้ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 20 วัน ก็พบว่า อิเลคโทรดที่ดัดแปลงขึ้นนี้สามารถเก็บรักษาสัญญาณในการตอบสนองได้ 91 % เมื่อเทียบกับกระแสของการตอบสนองในวันแรก
Other Abstract: This research is the study of amperometric acetylcolinesterase (AChE) biosensor for detection of organophosphate and carbamate pesticides using mesocellular foam silica (MCF) as support materials for immobilization of enzyme by electrostatic interaction between enzyme and support material. Mesocellular foam silica is a porous material with unique properties such as large surface area, large pore volume, biocompatible, and modifiable surface. Gold nanoparticles (AuNPs) is a conductive material commonly used in biosensors because of its good electron transfer and biocompatibility. Therefore, combination of two remarkable materials with immobilized enzyme for biosensor applications has high potential to improve sensor performances. The experiments of synthesis of AuNPs/MCF nanocomposite were divided into three parts. Firstly, MCF was synthesized using Pluronic 123 triblock copolymer (P123) as a template and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as a silica source resulted in MCF product with average pore diameters of 26 nm, surface area of 537.64 m2/g and pore volume 1.02 cm3/g. Secondly, The porous surface of modified MCF was refluxed in toluene solution at the temperature of 100 ºC using 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) to attach thiol functional group on porous surface of MCF for gold ion adsorption on MCF surface. Finally, gold nanoparticles were synthesized on MCF using ultrasonic hydrogen free radicals (•H) and hydroxyl free radicals (•OH) initiated by ultrasonic irradiation. These radicals acted as reducing equivalent converting Au3+ ion that prepared from chloroauric acid (HAuCl4) to Au0 atom and AuNPs adhered on porous surfaces of MCF. The average size of gold nanoparticles attached inside the pore of MCF was 4.9 nm. When AuNPs/MCF nanocomposites were used for enzyme immobilization, loading was determined at 48.02%. MCF/AuNPs/AChE was then applied as a receptor of biosensor for detection of pesticides. The obtained biosensor was denoted as SPCE/MCF/AuNPs/AChE/ Chitosan. The cyclic voltammogram of thiocholine released from the enzymatic hydrolysis showed the oxidation peak at +0.8 V. The inhibition of methyl parathion were in the linear ranges of 1 to 200 ng/ml (sensitivity 0.0928 nA/nM) and 200 to 1600 ng/ml (sensitivity 0.0284 nA/nM) with detection limit of 0.065 ng/mg. On the other hand, The linear range of methomyl responses were from 1 to 10 ng/ml (sensitivity 1.1523 nA/nM) and 10 to 100 ng/ml (sensitivity 0.3204 nA/nM) with detection limit of 0.128 ng/mg. The stability of biosensor stored at 4 C in dry condition was good since it could retain 91 % of initial current response after 20 storage days.
Description: วิทยานิพนธ์ (วศ.ม.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2555
Degree Name: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level: ปริญญาโท
Degree Discipline: วิศวกรรมเคมี
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/44904
Type: Thesis
Appears in Collections:Eng - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
nattawat_su.pdf4.97 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.