مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

میکروالکترود فیبرکربنی فعالشده با شعله و اصلاح‌شده با گرافن‌اکسید سنتزشده در شرایط ملایم برای اندازه‌گیری الکتروشیمیایی دوپامین در حضور یوریکاسید

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه مهندسی نفت، دانشکده فنی و مهندسی گرمسار، گرمسار، سمنان، ایران.
2 دانشیار، گروه انرژی، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران.
10.30501/jamt.2026.536005.1334
چکیده
در این تحقیق، میکروالکترود فیبر کربنی (MCFE) با روش ساده حرارت دادن در شعله (FA) فعّال‌سازی شد و سپس سطح آن با اکسید گرافن سنتزشده در شرایط ملایم  (M-GO)اصلاح شد تا یک حسگر الکتروشیمیایی ارزان و حساس برای تشخیص دوپامین (DA) ایجاد شود. مشاهدات نشان می‌دهد که حرارت دادن درشعله‌، باعث ایجاد ناهمواری روی سطح میکروالکترود فیبر کربنی می‌شود و فعالیت الکتروشیمیایی و میل ترکیبی آن را برای جذبM-GO  روی سطحش بهبود می‌دهد تا یک حسگر حساس نسبت به دوپامین به ‌دست آید. خاصیت الکتروشیمیایی و ریزساختار الکترود اصلاح‌شده، با استفاده از روش‌های الکتروشیمیایی  (CV, EIS, DPV)و SEM مورد مطالعه قرار گرفت. مطالعات الکتروشیمیایی نشان داد که الکترود فعالشده و اصلاح‌شده با اکسید گرافن (FA-MCFE/M-GO) دارای حساسیت بالا، محدوده خطی وسیع و حد تشخیص 20 نانومتر برای اندازه‌گیری دوپامین است. یکی دیگر از قابلیت‌های مهم این حسگر، توانایی آن در حذف اثرات تداخلی اسیدیوریک (UA) در طول تشخیص دوپامین است که یکی از چالش‌های اصلی در تشخیص الکتروشیمیایی دوپامین در نمونه‌های زیستی است. نتایج نشان می‌دهد که استفاده ازM-GO  به‌عنوان یک اصلاح‌کننده سطح میکروالکترود فیبر کربن، روشی مؤثر و مقرون‌به‌صرفه برای ساخت حسگرهای الکتروشیمیایی با کارایی بالا فراهم می‌کند. این حسگر پتانسیل قابل‌توجهی را برای کاربردهای تشخیصی و بالینی و حذف مواد مزاحم در اندازه‌گیری دوپامین از خود نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Flame Annealed Micro-Carbon Fiber Electrode Modified with Mild Oxidized Water-Dispersible Graphene Oxide for Electrochemical Sensing of Dopamine in the presence of Uric Acid

نویسندگان English

Vali Alizadeh 1
Mojtaba Hosseinifard 2
1 Assistant Professor, Department of Petroleum, Faculty of Engineering, University of Garmsar, Garmsar, Iran.
2 Associate Professor, Department of Energy, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran.
چکیده English

In this research, a micro carbon fiber electrode (MCFE) was activated using a simple flame annealing method and subsequently modified with mildly oxidized graphene oxide (M-GO) to develop an inexpensive and sensitive electrochemical sensor for dopamine (DA) detection. Observations indicate that flame annealing increases surface roughness, enhances electrochemical activity, and improves the electrode’s affinity for M-GO adsorption, resulting in a more sensitive DA sensor. The electrochemical properties and morphology of the modified electrode were characterized using electrochemical techniques, including cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), differential pulse voltammetry (DPV), and scanning electron microscopy (SEM). Electrochemical investigations revealed that the M-GO-modified flame-annealed micro carbon fiber electrode (FA-MCFE/M-GO) exhibits high sensitivity, a wide linear range, and a detection limit of 20 nM for DA determination. Another notable feature of this sensor is its ability to eliminate the interfering effects of uric acid (UA) during dopamine detection, which represents one of the primary challenges in the electrochemical analysis of DA in biological samples. The results demonstrate that using M-GO as a surface modifier for the carbon fiber microelectrode provides an effective and cost-efficient strategy for fabricating high-performance electrochemical sensors. This sensor shows substantial potential for diagnostic and clinical applications in measuring DA in the presence of interfering substances.

کلیدواژه‌ها English

Flame Annealing Activation
Carbon Fiber Microelectrode
Dopamine
Uric Acid
CV
DPV
1.     Chen, J., Xia, F., Ding, X., & Zhang, D. (2024). Universal Covalent Grafting Strategy of an Aptamer on a Carbon Fiber Microelectrode for Selective Determination of Dopamine In Vivo. Analytical Chemistry, 96(25), 10322-10331. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c01167
2.       Dreye, D. R., Park, S., Bielawski, C.W. &Ruoff, R. S. (2010). The chemistry of graphene oxide.  Chemical Society Reviews, 39(1), 228–240. https://doi.org/10.1039/B917103G
3.     Ekrami-Kakhki, M-S., Farzaneh, N., & Abbasi, S. (2019).Improved Electrocatalytic Activity of Pt-SrCoO3-δ Nanoparticles Supported on Reduced Graphene Oxide for Methanol Electrooxidation. Journal of Advanced Materials and Technology,8(3), 49-58.https://doi.org/10.30501/jamt.2019.93884
4.     Huang, Q., Zhang, H., Hu, S., Li, F., Weng, W., Chen, J., Wang, Q., He, Y., Zhang, W., & Bao, X. (2014). A sensitive and Reliable Dopamine Biosensor Was Developed Based on the Au@ Carbon Dots-Chitosan Composite Film. Biosensors and. Bioelectronics, 52, 277−280.https://doi.org/10.1016/j.bios.2013.09.003
6.     Madhurantakam, S., Karnam, J.B., Brabazon, D., Takai, M., Ahad, I.U., Balaguru Rayappan, J.B., & Krishnan, U.M. (2020). “Nano”: An Emerging Avenue in Electrochemical Detection of Neurotransmitters. ACS Chemical Neuroscience, 11(24), 4024-4047. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.0c00355
7.     Mgenge, L., Saha, C., Kumari, P., Ghosh, S. K., Singh, H., & Mallick, K. (2025). Electrochemical sensing of dopamine using nanostructured silver chromate: Development of an IoT-integrated sensor. Analytical Biochemistry, 698, 115726.https://doi.org/10.1016/j.ab.2024.115726
8.     Rosenwald, S.E., Nowall, W.B., Dontha, N., & Kuhr, W.G. (2000). Laser Interface Pattern Ablation of a Carbon Fiber Microelectrode: Biosensor Signal Enhancement after Enzyme Attachment. Analytical chemistry, 72(20), 4914-4920. https://doi.org/10.1021/ac000442t
9.     Seven, F., Golcez, T., & Sen, M. (2020). Nanoporous carbon-fiber microelectrodes for sensitive detection of H2O2 and dopamine. Journal of Electroanalytical Chemistry, 864, 114104. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2020.114104
10.    Strand, A.M., & Venton, B.J. (2008). Flame Etching Enhances the Sensitivity of Carbon-Fiber Microelectrodes. Analytical Chemistry, 80(10), 3708-3715. https://doi.org/10.1021/ac8001275
11.    Takmakov, P., Zachek, M.K., Keithley, R.B., Walsh, P.L., Donley, C., McCarty, G.S., & Wightman, R.M., (2010). Carbon Microelectrode with a Renewable Surface. Analytical Chemistry, 82(5), 2020-2028.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ac902753x
12.    Valikchalia, F. G., Rahimnejad, M., Ramiarb, A., & Ezojic, M. (2022). Diagnostics Devices for Improving the World: μPADs Integrated with Smartphone for Colorimetric Detection of Dopamine. International Journal of Engineering, 35(9), 1723-1727.https://doi.org/ 10.5829/ije.2022.35.09C.07
13.    Xu. Y., Sheng, K., Li, C., & Shi, G. (2011). Highly Conductive Chemically Converted Graphene Prepared from Mildly Oxidized Graphene Oxide. Journal of Material Chemistry,21(20), 7376-7380.https://doi.org/10.1039/C1JM10768B
14.    You, X.,  Yang, S.,  Li, J.,  Deng, Y.,  Dai, L.,  Peng, X.,  Huang, H.,  Sun, J.,  Wang, G.,  He, P.,  Ding, G., & Xie., X. (2017).Green and Mild Oxidation: An Efficient Strategy toward Water-Dispersible Graphene. ACS Applied Materials & Interfaces, 9(3), 2856-2866. https://doi.org/10.1021/acsami.6b13703
دوره 14، شماره 3
پاییز 1404
صفحه 78-89

  • تاریخ دریافت 06 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 15 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش 15 بهمن 1404