Preparation and applications of modified electrodes with redox mediators for photoelectrocatalytic systems

Abstract

Bu çalışmada, hematoksilin (HT), metilen yeşili (MY), nötral kırmızısı (NK) ve meldola mavisi(MdM) olmak üzere 4 farklı redoks mediyatörüyle elektropolimerizasyon yöntemi kullanılarak hazırlanan ve elektrokimyasal davranışı incelenen modifiye camımsı karbon elektrotlarla (glassy carbon electrode, GCE) elektrokimyasal ve fotoelektrokimyasal sensörlere yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Elektrot yüzeyinin ışıklandırılmasının NADH'nin elektrokatalitik yükseltgenmesine ve NAD+/NADH redoks çifti-dehidrogenaz enzimine bağlı glukoz biyosensörüne etkisi hem döngüsel voltammetri ve amperometri için geleneksel voltammetrik hücrede hem de akışa enjeksiyon analiz (Flow Injection Analysis, FIA) sistemi için akış geçişli fotoelektrokimyasal hücrede gerçekleştirilmiştir. MdM hariç, diğer modifiye elektrotlar, NADH'nin elektrokatalitik yükseltgenmesine iyi yanıt vermiştir. Işıksız ortamla karşılaştırıldığında, ışık altında NADH'nin elektrokatalitik yükseltgenme akımı yaklaşık iki kat artmıştır. Bu çalışmanın en önemli kısmı PAMAM-glukozdehidrogenaz (GDH) tutturulmuş poli-HT/GCE kullanılarak glukoz için fotoelektrokimyasal biyosensör tasarlamaktır. Işıksız ortamla karşılaştırıldığında, duyarlık ve belirtme alt sınırı (limit of detection, LOD) sırasıyla yaklaşık 2,5 ve 2 kat artmıştır. FIA siteminde ışıksız ortamda doğrusal aralık 1x10-5 M ile 1x10-3 M arasında, duyarlık 0,76 UA mM-1 ve LOD 3,0 UM dır. Işıklandırılmadan sonra ise doğrusal aralık 5x10-6 M ile 1x10-3 M arasında, duyarlık 1,90 UAmM-1 ve LOD 1,5 UM olarak bulunmuştur. Bu tezden elde edilen sonuçların gelecekte bu konu üzerine yapılacak çalışmalara bir temel oluşturacağı sonucuna varılmıştır.

In this thesis, modified glassy carbon electrodes (GCE) were prepared by electropolymerization of four different redox mediators (hematoxylin (HT) methylene green(MG), neutral red (NR) and meldola blue (MdB)) and investigated their electrochemical behavior. The studies on electrochemical and photoelectrochemical sensors were performed using these modified electrodes. The effect of light irradiation of electrode surface on the electroctalytic oxidation of NADH, and biosensing of glucose dependent on NAD+/NADH redox couple-dehyrogenase enzyme was investigated by using both traditional voltammetric cell for cyclic voltammetry and amperometry and photo electrochemical cell for flow injection analysis (FIA) sytem. Apart from MdB, the other modified electrodes have a good response towards electrocatalytic oxidation of NADH. The peak current NADH with irradiation at these modified electrodes increased about two times compared with the reaction without irradiation. An important part of this study is the construction of photoelectrochemical biosensor for glucose using PAMAM-Glucose dehydrogenase (GDH) immobilized poly-HT/GCE which shows best response to electrocatalysis of NADH. Compared with the reaction without irradiation, the sensitivity and the detection limit increased around 2.5 and 2.0 folds, respectively. The linear range was from 1x10-5 M to 1x10-3 M with the sensitivity of 0.76 UAmM-1 and detection limit 3.0 UM without irradiation in FIA system. After the light irradiation, the linear range was from 5x10-6 M to 1x10-3 M with the sensitivity of 1.90 UAmM-1 and a detection limit of 1.5 UM. It indicated that the results shown in this thesis may found the basis for a further development for future studies in these directions.