Elektrody modyfikowane materiałami hybrydowymi zawierającymi biopolimer do utleniania glukozy
[ 1 ] Instytut Chemii i Elektrochemii Technicznej, Wydział Technologii Chemicznej, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
[ 1 ] Instytut Chemii i Elektrochemii Technicznej, Wydział Technologii Chemicznej, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
EN Electrodes modified with hybrid materials containing biopolimer for glucose oxidation
polish
- elektrody modyfikowane
- nieenzymatyczne czujniki glukozy
- materiały hybrydowe
- chitozan
- modified electrodes
- non-enzymatic glucose sensors
- hybrid materials
- chitosan
PL Celem niniejszej rozprawy doktorskiej było otrzymanie materiałów hybrydowych zawierających biopolimer (chitozan), przeprowadzenie modyfikacji elektrody z węgla szklistego w celu wytworzenia tzw. „elektrod modyfikowanych” oraz wykazanie przydatności tak otrzymanych elektrod modyfikowanych jako nieenzymatycznych czujników glukozy (sensorów glukozy). W pierwszym etapie badań przeprowadzono proces syntezy CuO–chitozan oraz Ni(OH)2–chitozan. Do wytworzenia materiałów zastosowano metodę hydrotermalną zgodnie z koncepcją Extreme Biomimetics. Wpływ warunków procesu (temperatury i czasu syntezy) na strukturę otrzymanych materiałów został szczegółowo przeanalizowany za pomocą różnych technik analitycznych, w tym skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), dyfrakcji rentgenowskiej (XDR) oraz spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR). Właściwości elektrochemiczne modyfikowanych elektrod oceniano za pomocą woltamperometrii cyklicznej (CV) i chronoamperometrii (AD). Drugi etap badań polegał na wykorzystaniu metody hydrotermalnej do otrzymania CuO–Ni(OH)2. Dane uzyskane dla CuO–Ni(OH)2 stanowiły punkt wyjścia do otrzymania CuO–Ni(OH)2–chitozan. W kolejnym etapie badań przeprowadzono kalcynację wytworzonego CuO–CS. Obróbkę termiczną prowadzono w piecu w temperaturach 250–650 °C przez 5 h. Wykorzystując techniki elektroanalityczne ustalono, że materiał otrzymany w temperaturze 550 °C (CuO–CS/C_550) charakteryzuje się wysoką aktywnością elektrokatalityczną w procesie utleniania glukozy. Ważnym etapem pracy była ocena możliwości praktycznego zastosowania otrzymanych materiałów w kontrukcji nieenzymatycznych sensorów glukozy. W tym celu wyznaczono i porównano parametry sensoryczne, takie jak czułość, zakres liniowości, granicę wykrywalności, stabilność oraz selektywność. Na podstawie otrzymanych wyników ustalono, że czujnik oparty na CuO–CS/C_550 wykazuje najwyższą czułość i najniższą granicę wykrywalności. Natomiast Ni(OH)2–CuO–chitozan/GCE charakteryzuje się najszerszym zakresem liniowości. W celu uzyskania informacji na temat kinetyki katalitycznego utleniania glukozy na elektrodach modyfikowanych wyznaczono współczynnik dyfuzji (D) oraz katalityczną stałą szybkości reakcji reakcji utleniania glukozy (kkat).
EN The aim of the doctoral dissertation was to obtain hybrid materials containing a biopolimer (chitosan), to carry out modification of a glassy carbon electrode to produce „modified electrodes” and to demonstrate the utility of the prepared electrodes as a non-enzymatic glucose sensors. In the first stage of research, the process of the synthesis of CuO–chitosan and Ni(OH)2–chitosan was carried out. A hydrothermal method was used to produce the hybrid materials according to the Extreme Biomimetics concept. The impact of the process (temperature and time of the synthesis) on the structure of the performed materials was analyzed in details using a variety of analytical techniques, including scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR). The electrochemical properties of the modified electrodes were evaluated by cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometric (AD) methods. The second step of the study was to use a hydrothermal method to obtain CuO–Ni(OH)2. The data obtained for CuO–Ni(OH)2 provided a starting point for the preparation of CuO–Ni(OH)2–chitosan. In the next stage of the study, calcination of the produced CuO-CS was carried out. The thermal treatment was carried out in an oven at 250-650 °C for 5 hours. Using electroanalytical techniques, it was found that material obtained at 550 °C (CuO–CS/C_550) exhibited high electrocatalytic activity for glucose oxidation. An important step of the research was to evaluate the practical application of the obtained materials as non-enzymatic glucose sensors. For this purpose, sensors parameters such as sensitivity, linearity range, detection limit, stability and selectivity were determined and compared. All of the results demonstrate that the CuO–CS/C/GCE exhibit highest sensitivity and the lowest limit of detection. In comparison, the CuO–Ni(OH)2–chitosan/GCE shows the widest linearity range. In order to obtain information on the kinetics of catalytic oxidation of glucose on modified electrodes, the diffusion coefficient (D) and the catalytic rate constant (kcat) of the glucose oxidation reaction were determined.
189
life sciences
chemical sciences
DrOIN 2156
public
Paweł Kulesza
Warszawa, Polska
07.10.2021
polish
public
Tadeusz Ossowski
Gdańsk, Polska
15.09.2021
polish
public
dissertation
Poznań, Polska
07.12.2021
Rada Dyscypliny Nauki Chemiczne Politechniki Poznańskiej
doktor nauk ścisłych i przyrodnicznych w dyscyplinie: nauki chemiczne