Nghiên cứu chế tạo cảm biến điện hóa chọn lọc dopamin trên cơ sở sử dụng polyme dẫn và ứng dụng trong phân tích dược

D ặc trưng quan trọng nhât cua polym e dần ứng dụng trong lĩnh vực điện hoá đó là kha năng làm thay đỏi tính chât vật lý , hoá học cua chúng khi pha tạp các ion thích hợp.. L ồ trống +

H À N Ọ I - 2 0 1 2

M Ụ C L Ụ C

M Ụ C L Ụ C 3

BÁO CÁO TÓM TÁT BẢNG TIÊNG V I Ệ T 5

B Á O C Á O T Ó M T Á T B Ả N G TIÉN G A N H 1 ]

D A N H M Ụ C C Á C KÝ H IỆU V IẺ T T Á T 17

D A N H M Ụ C C Á C H ÌN H VẼ V À D Ó T H Ị 18

D A N H M Ụ C C Á C B A N G 24

M ơ Đ À U 25

C H Ư Ơ N G 1 27

TÔ N G Q U A N 27

I 1 Tính chât và vai trò của D A 27

1 1 1 G i ớ i t h i ệ u v ề d o p a m i n ( D A ) 2 7 1 1 2 T í n h c h ấ t c ủ a D A 2 9 1 1 3 V a i trò c ù a đ o p a m i n 3 0 1.2 C á c phương pháp x á c đ ịn h D A 31

1.2.1 P h ư ơ n g pháp sắc k í lòng - k h ố i phổ ké p ( L C - M S / M S ) 32

1 2 2 P h i r ơ n g p h á p s ắ c k í l ó n g v ớ i d e t e c t o đ i ệ n h ó a 3 7 1 2 3 P h ư ơ n g p h á p s ắ c k ý l ò n g h i ệ u n ă n g c a o k ế t h ợ p v ớ i d e t e c t o p h á t q u a n g 3 8 1 2 4 P h ư ơ n g pháp phân tích dòng c h ả y v ớ i detecto phát quang ( F I A - C L ) 41

1 2 5 P h ư ơ n g p h á p p h â n t í c h đ i ệ n h o á 4 3 1 3 G i ớ i t h i ệ u v ê ố n g n a n o c a b o n v à p o l y m c d ẫ n đ i ệ n 5 0 1 3 1 Ó n g n a n o c a c b o n 5 0 1 3 2 P o l y i n e d ẫ n 5 2 ] 3 3 T ô n g h ự p đ i ệ n h ó a m à n g p o l y m e d ẫ n 5 4 C H Ư Ơ N G 2 1 5 6 NỘ I D U N G N G H I Ê N c ử u V À T H Ự C N G H I Ệ M 5 6 2 ] N ộ i d u n g n g h i ê n c ứ u 5 6 2 1 1 M ụ c đ í c h n g h i ê n c ứ u 5 6 2 1 2 N ộ i d u n g n g h i ê n c ứ u 5 6 2 2 T h ự c n g h i ệ m 5 7 2 2 1 T h i ế t b ị v à h ó a c h ấ t 5 7 2 2 2 C á c t h ô n g s ô k ỳ t h u ậ t đ o đ i ệ n h ó a 5 8 2 2 3 Q u y t r ì n h b i ế n t í n h b ề m ặ t đ i ệ n c ự c G C 5 8 2 2 4 K h ả o sát c á c đặc trưng cùa đ iện c ự c G C 61

2 2 5 K h a o s á t c á c y ế u t ô a n h h ư ớ n g đ c n v i ệ c x á c đ i n h D A 6 2

2 2 6 X á c đ ị n h D A k h i c ó m ặ t A A v à U A 6 2

2 2 7 Đ ộ ô n đ i n h v à đ ộ l ặ p l ạ i c ù a đ i ệ n c ự c 6 3

2 2 8 H o ạ t h o a d i ệ n c ự c 63

2 2 9 X á c đ ị n h D A t r o n g m ẫ u d ư ợ c p h â m 6 3 C H Ư Ơ N G 3 64

K I I Q U A V À T H Ả O L U Ậ N 64

3.1 Kháo sát tính chât điện hóa của D A trên điện cực G C 64

3 1.1 K iê m tra độ hoạt hoá cù a đ iện c ự c G C 64

3 1 2 T í n h c h ấ t o x y h ó a - k h ư t h u ậ n n g h ị c h c ủ a D A 6 4 3.1.3 Quá trình oxy hóa cua DA A A trên điện cực G C 67

3 2 Đ i ệ n c ự c b i ế n t í n h 6 9 3 2.1 T ô n g hợp đ iện hoá m àng P M T lên đ iện c ự c G C 69

3 2 2 H ì n h t h á i b ề m ặ t m à n g b i ế n t í n h 7 0 3 2 3 A n h h ư ơ n g cu a độ dày m àng P M T / G C đen k h ả năng đáp úng D A 71

3 3 Đ iệ n c ự c P M T / G C v à N F / P M T / G C 72

3.3.1 Xác định D A khi có mặt A A và U A 72

3 3 ] 1 A n h hương củ a pH đên quá trìn h o x y hóa D A 72

3 3 1 2 A n h h ư ờ n g cu a p H đến quá trìn h o x y hoá D A và A A 73

3 3 1 4 T í n h c h ấ t o x y h ó a - k h ư t h u ậ n n g h ị c h c ủ a D A 7 5 3 4 Đ iệ n c ự c N F - S W C N T / P M T / G C 82

3 4.1 A n h h ư ờ n g cùa nông độ N F đên kh à năng đáp ứng D A 82

3 4 2 Ả n h h ư ơ n g cù a thể tích N F - S W C N T đến kh a năng đáp ứng D A 83

3.4.3 Anh hướng c ủ a p H đên quá trình oxy hoá c ủ a DA, A A và Ư A 84

3 4 4 A n h h ư ờ n g c ủ a t ố c đ ộ q u é t đ ế n q u á t r ì n h o x y h o á c ủ a D A 8 6 3 4 5 Q u á trìn h o x y hóa c ủ a D A A A v à U A 87

3 4 6 K h o á n g tu yến tính x á c đ ịn h D A k h i có m ặt A A và U A 89

3 4 7 C á c c h â t g â y á n h h ư ờ n g 9 3 3 4 8 Đ ộ ô n đ ị n h v à đ ộ l ặ p l ạ i c ủ a t í n h i ệ u D P V 9 5 3 4 9 Hoạt h oá điện cự c N F - S W C N T / P M T / G C 96

3 5 Đ iệ n c ự c G C / N F / P M T 97

3 5 ] Đ ặ c t r ư n g c ủ a đ i ệ n c ự c G C / N F / P M T 9 7 3 5 2 X á c đ ị n h D A k h i c ó m ặ t A A v à U A 1 0 1 3 5 3 X á c đ ịn h D A trong m ẫu d ư ợ c p h â m 106

K Ể T L U Ậ N P H Ả N K Ế T Q U A N G H I Ê N c ử u 109

K Ế T L U Ậ N B Á O C Á O T Ỏ N G K Ê T 1 11 T À I L I Ệ U T H A M K H A O 1 12 P H Ụ L Ụ C 121

b ) A N a f i o n / P o l y ( 3 - m e t h y l t h i o p h e n e ) c o m p o s i t e m o d i f i e d g l a s s y c a r b o n ( P M T / N F / G C ) e l e c t r o d e w a s f a b r i c a t e d f o r d o p a m i n e ( D A ) d e t e r m i n a t i o n

H ì n h 1 6 P h â n t í c h m ầ u m ô n ã o h ằ n g p h ư ơ n g p h á p s ắ c k ý l o n g m a o

q u a n g h é p n ố i k h ố i p h ô N o r a d r e n a l i n ( N A ) , D A v à L - t y r o s i n ( T )

H ì n h 1 7 S ơ đ ồ h ệ t h ố n g S P E - L C - E C p h â n t í c h c a t e c h o l a m i n v à tí n

h i ệ u

H ì n h 1 8 T í n h i ệ u H P L C c ủ a 1 ] c h ấ t c h u â n c ó k h o a n g t u y ê n t í n h c ủ a

c á c c h ấ t c h u â n thời g i a n l ư u ( p hú t ) C ộ t 5 - f j m A l l t i m a c 1 8 ( 1 5 0 3 4 5 I D )

T í n h i ệ u D P V v à đ ư ờ n g c h u â n D A t r o n g h ồ n h ợ p c h ứ a D A v à

A A t r ê n đ i ệ n c ự c N F / P M T / G C t r o n g đ ệ m P B S 0 , I M , p H = 4

N ồ n g đ ộ A A 3 , 7 m M , n ồ n g đ ộ D A ( f i M ) : ( a —> 0 5 ; 3 0 ; 5 0 ; 8 0 ;

1 11, 145; 17 7 | j M

Đ ư ờ n g c v c ủ a đ i ệ n c ự c N F - S W C N T / P M T / G C t r o n g đ ệ m

P B S 0 , I M , p H = 4 , n ồ n g đ ộ D A 1x1 0 4M v ớ i t ố c đ ộ q u é t

t h ế ( m V s ) : ( a - > i ) 10, 2 5 , 5 0 , 7 5 , 1 0 0 , 1 2 5 , 1 50 , 175, 2 0 0 m V / s

Đ ư ờ n g c v ( A ) v à D P V ( B ) c ủ a ( 1 ) A A 2 , 5 x 1 0 3M , ( 2 ) D A 1X 10 4M v à ( 3 ) U A 4 , 1 5 x 1 0 4M Đ ư ờ n g c v ( C ) v à D P V ( D )

m ẫ u t r ă n g t r ư ớ c ( 1 ) v à s a u k h i l à m s ạ c h đ i ệ n c ự c ( 2 )( B ) Đ ư ờ n g c v c ủ a q u á t r ì n h l à m s ạ c h đ i ệ n c ự c N F -

h à n h d ơ n g i a n T u y n h i ê n , t r ê n c á c đ i ệ n c ự c t h ô n g d ụ n g n h ư đ i ệ n c ự c G C ( G C ) , P t v à A u t h ì p h a n ứ n g o x y h o á k h ư c u a c á c h o ạ t c h ấ t s i n h h ọ c t h ư ờ n g

x a y r a h â t t h u ậ n n g h ị c h g â y r a n h ữ n g h ạ n c h e v ề đ ộ n h ạ y , đ ộ c h ọ n l ọ c v à đ ộ

l ặ p lại c u a k ê t q u a p h â n t í c h [ 5 3 , 5 4 , 5 8 Ị M ặ t k h á c , t r o n g c á c m ầ u s i n h h ọ c ( t r o n g m á u v à n ư ớ c t i ê u ) , n g o à i D A c ò n c ó a x i t a s c o b i c ( A A ) v à a x i t u r i c ( U A ) c ù n g t ô n tại ơ n ô n g đ ộ k h á c a o g ấ p h à n g t r ă m l ầ n s o v ớ i D A A x i t

a s c o b i c t h a m g i a n h i ê u q u á t r ì n h t r a o đ ô i c h â t t r o n g c ơ t h è , là t á c n h â n c h ô n s

N o r e p i n e p h r i n ( N o r a d r e n a l i n )

E p i n e p h r i n ( A d r e n a l i n )

1 1 2 T í n h c h ấ t c u a I ) A

D A l à m ộ t a m i n b ậ c 1 T r o n g p h â n t ư D A , n i t ơ t ạ o b a l i ê n k ê t c ộ n g h o á trị c ò n m ộ t c ặ p e l e c t r o n t ự d o c u a n i t ơ c ó k h a n ă n g n h ư ờ n g đi 1 e l e c t r o n đ ê

V ì t h e , c á c p h ư ơ n g p h á p p h â n t í c h c á c c a t e c h o l a m i n sẽ g ồ m n h i ề u c á c h k ế t

h ' ự p v ới n h a u n h ư : L C - E C L C - M S , C E - U V , C E - M S , D o c ó t í n h c h ấ t đ i ệ n

P h à n k h ỏ i p h ô đ ư ợ c g h é p n ô i v ớ i q u á t r ì n h i o n h ó a b ằ n g c h ù m e l e c t r o n h o ạ t

y ::c ■

2:::c - If::c - 1:01c

a x i t h o m o v a n i l l i c-CCC00 - I

ị 4CCC00 • 0

3 - ỡ - m e t y l - L - D o p a 90CGOŨ

166.1 135.1 1 r ừ a g i ả i c ù n g N A

L - t y r o s i n ( T )

/ = \ / \ COOH

NJÍ,m/z [M + H ]+=182.2

n i / / H V A + f o r m a t ] += 2 2 7 0

bị c h o l ầ n b ơ m m ầ u t i ê p t h e o V ớ i 2()|jl c h o m ộ t l ầ n b ơ m m ầ u n ư ớ c t i ê u , c ộ t

S P i f c ó t h è đ ư ợ c s ư d ụ n g c h o 2 0 0 0 lầ n P h ư ơ n g p h á p n à y c h o đ ộ t h u h ồ i 9 5 -

9 69 r v ớ i h a l oạ i c a t e c h o l a m i n t r ê n V ớ i D A t r o n g k h o a n g t u y ê n t í n h 5 0 - 5( ) ( ) | j g /L ( 3 x 1 0 - 3 x 1 0 6 M ) g i ớ i h ạ n đ ị n h l ư ợ n g 5 0 | i g / L , g i ớ i h ạ n p h á t h i ệ n

hơin nho (1,3 m l/phút); V Van bưm mẫu (the tích mầu 355f.ll); MC Vòng pha trộn; T

K h u v ự c điêu n h iệt (3 0 ° C ) ; D D e te cto phát q u an g ; R M á y g h i; w C h ấ t th ai)

T r o n g p h ư ơ n g p h á p n à y , n ư ớ c đ ó n g vai t r ò c h ấ t m a n g ( C ) D u n g d ị c h sắt ( I I) n ồ n g đ ộ 1 , 2 x 1 0 " m o l / L ( R i ) , d u n e d ị c h h ồ n h ợ p l u c i g e n i n 1 , 0 x 1 0 5 m o l / L

v à 0 , ] w t % B r i j 3 5 ( p o l y o x y e t y l e n ( 2 3 ) l a u r y l e t e ) ( R 2) v à d u n g d ị c h N a O H ( ) , 5 m o l / L ( R o đ ư ợ c b ơ m v ớ i t ố c đ ộ d ò n g l , 3 m l / p h ú t M ầ u đ ư ợ c b ơ m v à o h ệ

đ ộ d ò n g tại hai t h ờ i d i ê m c h o t ín tín h i ệ u x u n g ( i = i2 —ĩ 1 )• C h i ê u c a o p i c tín

h i ệ u d ư ợ c s ư d ụ n g đ ê p h â n t í c h đ ị n h l ư ợ n g c h ấ t c ầ n p h â n t í c h K ỳ t h u ậ t đ o ( S W V ) c h o g i ớ i h ạ n p h á t h i ệ n c ờ 10 M , đ o đ ư ợ c c h o c a t r ư ờ n g h ợ p h ệ o x y

M ột số công trình nghiên cứu su dụng điện cực biến tính xác định

Dopattĩin bằng p h u m ig pháp điện hóa

N h i ê u n ă m q u a , đ ã c ó n h i ề u c ô n g t r ì n h n g h i ê n c ứ u s ử d ụ n g p h ư ơ n g p h á p

đ i ệ n h o á đ ẽ x á c đ ị n h D A , A A v à U A t r o n g c á c m ầ u s i n h h ọ c N h ư n g t r ê n c á c

đ i ệ n c ự c t h ô n g d ụ n g , q u á t r ì n h o x y h o á t r ự c t i ê p c á c c h ấ t n à y x a y r a k h ô n g

t h u ậ n n g h ị c h , đ ò i h ỏ i q u á t h ê c a o M ặ t k h á c , c á c c h ấ t n à y lại bị o x y h o á ờ

đối v ớ i D A n ồ n g đ ộ t u y ế n t í n h t r o n s k h o a n c t ừ l O x l O 6 - 5 , 1 0 SM , A A t ừ

2 , 0 x 1 0 - 1, ()x10 3M , U A t ừ 2 0 x 1 0 6 - 1 , ( ) x 1 0 4M G i ớ i h ạ n p h á t h i ệ n D A :

? , 8 x 10 M A A : 4 , 6 x l O òM , U A : 7 , 4 x 1 0 7M [57 ],

C á c n h à k h o a h ọ c t h u ộ c h ọ c v i ệ n k h o a h ọ c v à k ỳ t h u ậ t c ô n g n g h i ệ p t i ê n tiên q u ô c g i a ( A I S T ) , N h ậ t B a n đ ã s ư d ụ n g ô n g n a n o c á c b o n đ a v á c h ( M W C N T s ) đ ê b i ế n t í n h đ i ệ n c ự c n h ằ m x á c đ ị n h đ ồ n g t h ờ i D A v à U A k h i c ó

m ặ t c u a A A ở n ô n g đ ộ c a o t r o n g m ầ u s i n h h ọ c Đ i ệ n c ự c G C đ ư ợ c h i ê n t í n h

b ă n g m à n g p o l y ( a x i t a c r y l i c ) ( P A A ) k è t h ợ p ô n g n a n o c á c h o n đ a v á c h ( M W C N T s ) K h o ả n g 2 m g M W C N T s đ ư ợ c p h â n t á n t r o n g 2 0 m L d u n s d ị c h

P A A n ô n g đ ộ l m g / m l b ằ n g c á c h r u n g s i ê u â m 4 0 p h ú t L ấ y k h o a n g 1 5 | j L

d u n g d ị c h P A A - M W C N T s p h u t r ự c t i ế p l ê n h ề m ặ t đ i ệ n c ự c G C , s a u đ ó đ ể

k h ô t ự n h i ê n ít n h ấ t 2 4 h Đ i ệ n c ự c c h ế t ạ o đ ư ợ c c h o đ ộ n h ạ y v à đ ộ c h ọ n l ọ c tôt đ o i v ớ i D A v à U A t r o n g m ô i t r ư ờ n g đ ệ m p h o t p h á t p H = 7 , 4 k h i c ó m ặ t A A

15( )mV D ộ n h ạ y c u a D A đ ạ t 0 , 1 4 6 ( j M , A A đ ạ t ( ) , () 2 8| j M v à U A đ ạt0.084^1 M [ 5 0 Ị.

C á c n h à k h o a h ọ c t h u ộ c t r ư ờ n g đ ại h ọ c A u t o n o m a M e t r o p o l i t a n a

1 / t a p a l a p a v à A u t ' o n o m a M e t r o p o l i t a n a A z c a p o t z a l c o ơ M e x i c o đ ã c ô n g b ố

p h ư o n g p h á p x á c đ i n h D A k h i c ó m ặ t A A s ư d ụ n g đ i ệ n c ự c c a c b o n n h ã o ( c a r b o n p a s t e e l e c t r o d e : C P E ) v à c h a t h o ạ t đ ộ n g b è m ặ t n a t r i d o đ e c y l s u n p h á t ( s o d i u m d o d e c y l s u n f a t e S D S ) K h i n ồ n g đ ộ S D S c a o h ơ n n ồ n g đ ộ t ới h ạ n

D A -A A ;

D A ƯA (m V )

D ặc trưng quan trọng nhât cua polym e dần ứng dụng trong lĩnh vực điện hoá đó là kha năng làm thay đỏi tính chât vật lý , hoá học cua chúng khi pha tạp các ion thích hợp D ư ớ i quá trinh khư hoặc o x y hoá polym e, các anion pha tạp sẽ được pha tạp vào mạng polym e, quá trình pha tạp làm cho mạng polym e xuât hiện điện tích dương.

Q uá trình pha tạp ion vào hên trong màng polym e có thê được biêu diễn như sau [2 3 ]:

P + A ( P ) +A + e

N hư v ậ y , độ dần cua các polym e dần hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện tông hẹyp và mức độ pha tạp cua chúng C á c chất pha tạp vào mạch polym e dần được thẻ hiện ờ hang 1.4 ị 2 Ị

C ơ chê dần điện cua polym e dần có thê g iải thích như sau (H ìn h 1.13) sau khi áp thè, quá trình o x y hoá polym e xa y ra, các electron ĨI cua mạng

p o ly m e b ị tách ra v à m ột lồ trong (+ ) xuất h iệ n , đ iệ n tư 71 c ủ a n g u yê n to c bên cạnh nhay vào lồ trống này và cử tiếp diễn như thế điện tử liên tục di động dọc theo m ạch polym e L ồ trống (+ ) di động lan tràn khẳp tất ca vật liệu theo hướng cua điện áp S ự di chuyên cua điện tư trong m ạch polym e dần tạo nên

sự dần điện H ìn h 1.13 cho thấy rỏ hai yếu tố cho sự dần điện trong polym e

là : ( ! ) nôi liên h ợ p và (2 ) pha tạp M ất đi một trong hai yếu tố trên sự dần điện không xay ra

1.3.3 Tống họp điện hóa m àng polym e dẫn

M àne polym e dần điện có thế được tông hợp hằng nhiều phương pháp

kh ác nhau như: trùne hợp p lasm a, trùng hợp tự xúc tác, trùng hợp thê nhũ tương, trùnc hợp hoá học v à trùng hợp điện hoá Tro ng đó, tông hợp màng

p o lym e bằng phương pháp phân tích điện hóa được coi là phô biến nhàt nhờ

có qui trình phân tích đơn gian (thực hiện ơ nhiệt độ và áp suất thường) T ù y