Clinical and environmental applications of electrochemical sensors based on carbon nanotubes

Abstract

Bu çalışmada, karbon nanotüp temelli elektrokimyasal sensörler kullanılarak klinik, farmasötik ve çevre örneklerinde bulunan bazı önemli maddelerin hızlı, güvenilir, duyarlı ve seçimLi bir şekilde saptanması için elektroanalitik yöntemler geliştirilmiştir. Parasetamolün askorbik asit, dopamin ve ürik asit varlığında seçimli bir şekilde saptanması için bir camsı karbon elektrot (GCE) çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) ile modifiye edilmiştir. Bu modifiye elektrot 0.1 M pH 7.0 fosfat tampon çözeltisi içinde kare dalga voltametrisi kullanılarak paracetamolün saptanması için kullanılmıştır. Sonuçlar paracetamolün pik akımLarının 2.0×10−10 M ve 1.5×10−5 M derişim aralığında doğrusal ve saptama sınırının 9.0×10−11 M olduğunu göstermiştir. Bu metod ilaçlardaki paracetamolün saptanması için başarıyla uygulanmıştır.MWCNT ve poly (pivalic acid) (PPA) ile modifiye edilen GCE, ilaçlarda ve doping kontrol amaçlı olarak idrar numunelerinde seçimLi bir albuterol saptaması için kullanılmıştır. Bu modifiye elektrot (PPA/MWCNT/GCE) idrar numunelerinin aşırı miktarda ürik asit (UA) ihtiva etmesi nedeniyle UA varlığında albuterolün saptanması için uygulanmıştır. Bu modifiye elektrot 0.1 M pH 8.0 fosfat tampon çözeltisi içinde kare dalga voltametrisi kullanılarak albuterolün saptanması için kullanılmıştır. Pik akımLarı 5.0×10−8- 7.0×10−5 M aralığındaki albuterolün derişimiyle doğrusal olarak artmaktadır ve saptama sınırı 1.2×10−8 M'dır. Önerilen bu metod, farmasötik ve idrar numunelerinde bulunan albuterolün saptanması için uygulanmıştır.Methimazolün saptanması için MWCNT/elekro-kopolimerizasyonla elde edilen kobalt nanoparçacık-poli (pivalik asit) kompozit ile modifiye edilen camsı karbon elektrot temelli tekrarlanabilir bir voltametrik metod geliştirilmiştir. Bu modifiye elektrot 0.1 M pH 7.2 PBS içinde methimazolün saptanması için kullanılmıştır. Pik akımLarı 1.0×10−7-3.0×10−4 M aralığındaki methimazolün derişimiyle doğrusal olarak artmaktadır ve korelasyon katsayısı 0.9996'dır. Saptama sınırı 9.36×10−9 M (S/N=3)'dır. Bu önerilen metod, thyramozol tabletlerinde bulunan methimazolün saptanması için başarıyla uygulanmıştır.Nikel nanoparçacıklarıyla fonksiyonelleştirilen çok duvarlı karbon nanotüpler bir platin elektrodun modifikasyonu için kullanılmıştır. Bu modifiye elektrot 0.1 M pH 4.0 PBS içinde bromheksinin saptanması için kullanılmıştır. Pik akımLarı 5.0×10−6- 2.3×10−4 M aralığındaki bromheksinin derişimiyle doğrusal olarak artmaktadır ve korelasyon katsayısı 0.9999'dır. Saptama sınırı 3.0×10−6 M (S/N=3)' dır. Bu önerilen metod, farmasötik formüllerde bulunan bromheksinin saptanması için başarıyla uygulanmıştır.Kobalt nanoparçacıklarıyla fonksiyonelleştirilen çok duvarlı karbon nanotüpler bir GC elektrodun modifikasyonu için kullanılmıştır. Bu önerilen elektrot parasetamolün ve dopaminin eş zamanlı olarak saptanması için uygulanmıştır. Bunun yanı sıra, potansiyel ilaç girişimcileri olan askorbik asit ve ürik asit parasetamolün ve dopaminin voltametrik yanıtını etkilememiştir. Yükseltgenme pik akımLarı 5.2×10-9 ~ 4.5×10-7 M (R2 = 0.9987) ve 5.0×10-8 ~ 3.0×10-6 M (R2 = 0.9999) derişim aralığında sırasıyla parasetamol ve dopamin için doğrusaldır. Saptama sınırları PAR ve DA için sırasıyla, 1.0×10-9 M ve 1.5×10-8 M'dır. Bu önerilen metod, ilaç numunelerinde bulunan PAR ve DA' nın saptanması için başarıyla uygulanmıştır. Cd(II) ve Pb(II)' nin eş zamanlı olarak saptanması için bir camsı karbon elektrot Kitosan ve MWCNT kompozit ile modifiye edilmiştir. Cd(II) ve Pb(II) negatif bir potansiyelde (-1.2 V) ve CTS-MWCNT karışımıyla kompleksleşerek modifiye elektrot yüzeyinde bir ön deriştirme yapılır. Daha sonra indirgenen ürünler kare dalga sıyırma voltametrisi ile yükseltgenilmektedir. Uygun şartlar altında, kalibrasyon grafiği Cd(II) ve Pb(II) için sırasıyla 0.1 nM-2.5 nM ve 0.1 nM-1.8 nM derişim aralığında doğrusaldır. S/N=3 ve ön deriştirmenin 120 s olduğu durumda, saptama sınırları Cd(II) için 0.035 nM ve Pb(II) için 0.030 nM olarak hesaplanmıştır. Geri kazanım çalışmaları su, idrar ve gıda örneklerinde gerçekleştirilmiştir.

In this study, electroanalytical methods were developed for rapid, reliable, sensitive and selective determination of some important analytes in clinical, pharmaceutical and environmental samples using electrochemical sensors based on multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). A glassy carbon electrode (GCE) was modified with MWCNTs for selective detection of paracetamol (PAR) in the presence of ascorbic acid, dopamine and uric acid. The modified electrode was used for the determination of PAR using square wave voltammetry in 0.1 M phosphate buffer solution (PBS) at pH 7.0. The results showed that the peak currents were proportional to the concentrations of PAR with a linear dynamic range of 2.0×10−10 M to 1.5×10−5 M and a detection limit of 9.0×10−11 M was obtained. The method was successfully applied for the determination of PAR in pharmaceuticals.A selective detection of albuterol was carried out in pharmaceuticals and urine samples for doping control purposes using a GCE modified with MWCNT and poly (pivalic acid) (PPA). The modified electrode (PPA/MWCNT/GCE) was applied for the detection of albuterol in the presence of uric acid (UA) since the urine samples contain excess amount of UA. The PPA/MWCNT/GCE was used for the determination of albuterol using square wave voltammetry in 0.1 M PBS at pH 8.0. The peak current increased linearly with the concentration of albuterol in the range of 5.0×10−8- 7.0×10−5 M with a detection limit of 1.2×10−8 M. The proposed method was employed for the determination of Albuterol in pharmaceutical and urine samples.A reproducible voltammetric method was developed for the determination of methimazole based on the modification of a glassy carbon electrode with MWCNT/electro-copolymerized cobalt nanoparticles-poly(pivalic acid) composite. The modified electrode was used for the determination of methimazole in 0.1 M PBS at pH 7.2. The peak current increased linearly with the concentration of methimazole in the range of 1.0×10−7 - 3.0×10−4 M with a correlation coefficient of 0.9996. The detection limit was 9.36×10−9 M (S/N=3). The proposed method was successfully applied to the determination of methimazole in thyramozol tablets.MWCNTs functionalized by nickel nanoparticles was used for modification of a platinum electrode. The modified electrode was used for the determination of bromhexine in 0.1 M PBS at pH 4.0. The peak current increased linearly with the concentration of bromhexine in the range of 5.0×10−6 to 2.3×10−4 M with a correlation coefficient of 0.9999. The detection limit was 3.0×10−6 M (S/N=3). The proposed method was successfully applied to the determination of bromhexine in pharmaceutical formulations.MWCNTs functionalized by cobalt nanoparticles was used for modification of a GC electrode. The proposed electrode has been applied for the simultaneous determination of PAR and Dopamine (DA). On the other hand, the presence of potential drug interfering compounds AA and UA does not affect the voltammetric responses of PAR and DA. The current of oxidation peaks showed a linear dependent on the concentrations of PAR and DA in the range of 5.2×10-9 ~ 4.5×10-7 M (R2 = 0.9987) and 5.0×10-8 ~ 3.0×10-6 M (R2 = 0.9999), respectively. The detection limits of 1.0×10-9 M and 1.5×10-8 M were obtained for PAR and DA, respectively. The proposed method was successfully applied to the determination of PAR and DA in pharmaceuticals.A glassy carbon electrode (GCE) was modified with Chitosan (CTS) and MWCNT composite for the simultaneous determination of Cd(II) and lead(II). Cd(II) and Pb(II) were preconcentrated on the surface of the modified electrode by complexing with CTS-MWCNT mixture and reduced at -1.2 V. Then the reduced products were oxidized by square wave anodic stripping voltammetry. Under the optimized working conditions, peak currents were linear in the concentration ranges 0.1 nM-2.5 nM for Cd(II) and 0.1 nM-1.8 nM for Pb(II) in the same solution. The detection limits were calculated as 0.035 nM for Cd(II) and 0.030 nM for Pb(II) using a preconcentration.time of 120 s (S/N=3). The recovery studies were also carried out with samples of water, human urine and nutrition.