살부타몰의 전기화학적 측정을 위한 전극 나노물질로서 환원그래핀옥사이드 상의 황화비스무트 나노막대 및 폴리아미도아민 덴드리머 개발

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8902(2023) 이 기사 인용

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새로운 종류의 나노물질인 덴드리머(Dendrimer)는 다양한 분야에서 더욱 주목받고 있습니다. 본 연구에서는 폴리아미도아민(PAMAM) 덴드리머와 환원그래핀옥사이드(rGO) 및 황화비스무트(Bi2S3)의 장점을 결합하여 새로운 복합재를 설계하고 전기화학 센서에 대한 응용을 처음으로 조사했습니다. 복합체 제조에 대한 새로운 접근 방식으로 PAMAM은 rGO로 Bi2S3의 표면을 증가시키기 위해 처음으로 사용되었으며, 이는 궁극적으로 센서의 활성 표면적을 증가시켰습니다(베어 전극에 비해 5배). . 처음으로 우리는 PAMAM과 Bi2S3 및 rGO 간의 상호 작용을 위해 초음파 화학적 방법을 사용했는데, 이는 복합재를 준비하는 더 간단하고 빠른 방법이었습니다. 최적의 구성 요소 구성을 얻기 위해 실험 설계 방법을 사용하여 복합재의 의도적 설계를 수행했습니다. 새로운 나노복합체는 식품의 건강을 제어하기 위한 살부타몰의 간단하고 민감한 전기화학적 감지에 성공적으로 적용되었습니다. 살부타몰은 동물 및 가금류 사료에 금지된 첨가물로 사용됩니다. 센서는 감도가 좋고(베어 전극에 비해 35배 증가) 검출 한계가 낮습니다(1.62 nmol/L). 또한 허용 가능한 선택성, 우수한 반복성(1.52~3.50%), 우수한 재현성(1.88%) 및 만족스러운 정확도(복구율: 84.6~97.8%)를 갖추고 있습니다. 센서의 뛰어난 특징은 넓은 선형 범위(5.00–6.00 × 102 nmol/L)입니다. 이 센서는 우유, 소시지, 가축 및 가금류 사료 샘플에서 살부타몰을 측정하는 데 매우 적합합니다.

살부타몰(SAL)은 방향족 고리와 말단 아미노기를 가진 일종의 β2-아드레날린 작용제입니다. 살부타몰은 체지방을 감소시키고 단백질 축적을 증가시켜 동물의 성장과 사료 효율성을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다1. 그러나 동물 내에서 축적될 수 있으며 육류 섭취 후 인간 조직에 쉽게 축적될 수 있어 건강 관련 문제로 이어질 수 있습니다2,3. 공중 보건을 보호하기 위해 식량 농업 기구(FAO), 유럽 연합(EU) 및 중국은 살부타몰을 포함한 β2-아드레날린 작용제를 동물성 식품 섭취에서 0으로 해야 한다고 선언했습니다4. 그러나 동물 사료에 살부타몰을 불법적으로 남용하는 일은 결코 멈추지 않습니다. 결과적으로, 식품 안전 관리를 위해 사료 및 식품 시료 내 저농도 살부타몰을 스크리닝하는 간단하고 빠르며 민감한 방법의 확산이 필요합니다.

고성능 액체 크로마토그래피5, 면역 크로마토그래피6, 액체 크로마토그래피-질량 분석법7 및 전기화학적 방법을 포함하여 SAL을 검출하는 여러 가지 방법이 보고되었습니다. 전기분석법은 전처리 과정이 간단하고, 비용이 저렴하고, 민감도가 높으며, 분석 시간이 짧고, 기기의 소형화가 가능하다는 장점이 있습니다. 따라서 전기분석 방법은 특히 일상적인 검사에서 큰 주목을 받았습니다. 순환 전압전류법(CV)8, 차동 펄스 전압전류법(DPV)9, 선형 스위프 전압전류법(LSV)10, 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)11 및 전류측정법12을 기반으로 한 다양한 전기화학적 방법이 살부타몰 측정을 위해 개발되었습니다. 따라서 전기분석 기술을 통한 SAL 측정을 위한 선택적이고 민감한 센서의 설계 및 개발은 과학, 의료 및 보건 커뮤니티에서 상당한 관심을 얻었습니다.

다양한 응용이 가능한 새로운 첨단 소재 개발은 여전히 ​​과학계의 과제입니다. 개발된 소재의 디자인은 전기화학 센서의 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 덴드리머는 3차원 구조, 말단 작용기 및 다른 분자의 호스트 역할을 할 수 있는 잘 정의된 공동을 가진 반복적으로 구형 분지형 분자인 새로운 종류의 나노물질입니다13. 다양한 덴드리머 중에서 가장 널리 사용되는 덴드리머는 폴리(아미도아민)(PAMAM)14입니다. 폴리아미도아민(PAMAM) 덴드리머는 10개의 기능성 표면 그룹을 가진 11개의 서로 다른 세대를 갖는 "조밀한 별" 폴리머입니다. 일련의 반복적인 그룹을 통해 각각의 새로운 세대의 PAMAM은 이전 세대를 중심으로 형성됩니다. 새로 형성된 PAMAM은 뛰어난 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성은 직경이 크고 표면이 넓으며 반응성이 더 높은 가지를 가지고 있습니다. 반응성 표면 가지를 통해 PAMAM은 제약 화합물에 대한 친화성 리간드 및 검출제로 간주될 수 있습니다. 안정적인 분자량, 분자 균일성, 특정 크기, 명확한 모양 및 많은 표면 분기와 같은 장점으로 인해 전기 화학 센서의 설계 및 개발에 큰 관심을 받았습니다. 고성능 덴드리머 기반 전기화학 센서 제조를 위한 일반적인 후보 중에는 덴드리머를 많은 전도성 물질과 결합하는 것이 있습니다.