메스나 항암제 판별을 위한 금속 나노입자 기반 임피던스 센서 제작

Sep 29, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11381(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

전기화학적 임피던스 분광법(EIS)은 전극 표면을 매우 자세하게 연구하는 데 매우 효과적인 기술입니다. EIS 기반 전기화학 센서는 전극 표면의 산화환원 프로브의 전하 전달 저항(Rct)을 측정하여 표적 분자의 결합을 모니터링하는 것으로 널리 보고되었습니다. 이포스파미드, 시클로포스파미드, 트로포스파미드 등 옥사자포스포린 화학요법 약물로 인해 발생하는 출혈성 방광염에 대한 보호제 중 하나가 메스나(2-메르캅토에탄술폰산나트륨염)이다. 항암제의 높은 소비로 인해 Mesna의 사용이 증가함에 따라 생물학적 시료에서 이 약물을 결정하는 것이 특히 중요합니다. 지금까지 Mesna를 측정하기 위한 전기화학적 방법은 보고되지 않았습니다. 본 연구에서는 Mesna 항암제의 간섭계 측정을 위해 산화된 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNTs)/금 나노 입자(AuNPs)(Au NPs/MWCNTs/GCE로 표시됨)로 변형된 유리 탄소 전극(GCE)을 기반으로 하는 새로운 간섭계 센서를 개발했습니다. 개발되었습니다. 수정된 전극 재료는 FESEM(전계 방출 주사 전자 현미경), EDX(에너지 분산 X선) 및 EIS로 특성화되었습니다. Au NP/MWCNT/GCE 표면에서 Mesna의 전기화학적 거동을 임피던스법으로 연구했습니다. 제안된 임피던스 센서를 이용한 Mesna의 검출 메커니즘은 분석물질인 Mesna가 없을 때와 비교하여 Mesna가 있을 때 전기화학적 프로브로서 [Fe(CN)6]3-/4-의 Rct 값이 증가하는 것에 의존합니다. 최적의 조건에서는 각각 0.06 nmol L-1 ~ 1.0 nmol L-1 및 1.0 nmol L-1 ~ 130.0 µmol L-1의 두 가지 선형 동적 범위를 포괄했습니다. 검출한계는 0.02 nmol L-1 이었다. 마지막으로 제안된 센서의 성능을 생물학적 시료의 Mesna 전기화학적 검출을 위해 조사하였다.

효과적인 암 관리를 위해서는 항암제 투여량의 최적화가 필요합니다1. 2-메르캅토에탄술폰산염의 나트륨염인 메스나는 일반적으로 이포스파미드, 시클로포스파미드, 트로포스파미드와 같은 옥사자포스포린 화학요법 약물로 인한 출혈성 방광염을 예방하는 데 사용됩니다. Mesna의 유리 티올 그룹은 이포스파마이드의 2차 대사산물과 공유결합하여 요로독성 아크롤레인의 형성을 방지합니다. 아크롤레인은 방광과 신장 세포에 결합하여 세포 사멸을 유발합니다. 암 치료에 사용이 증가하고 약물의 부작용을 최소화하기 때문에 생물학적 시료에서 Mesna를 정확하게 측정하는 것이 중요합니다2,3,4. 따라서 생물학적 시료에서 메스나 수준을 측정하는 민감한 방법을 개발하는 것이 필수적입니다. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)5,6,7, 라만 산란8, 분광광도법9,10, 형광측정3,11 및 아르겐토메트리12와 같은 여러 방법이 Mesna 약물 수준을 추정하기 위해 제안되었습니다. 그러나 이러한 방법에는 낮은 선택성, 긴 시료 전처리, 분석 시간 연장 등 몇 가지 단점이 있습니다. 전기화학 임피던스 분광법(EIS)은 전기화학 센서 설계를 위한 분석화학에서 널리 사용되는 강력한 기술입니다. EIS는 전극 표면의 변화를 연구하는 데 사용할 수 있는 라벨 없는 기술이므로 임피던스 센서를 설계하는 데 이상적인 방법입니다. 그러나 전극 표면은 시료에 사용된 후 열화되므로 각 측정 전에 수정해야 합니다.14. 이전 보고서에 따르면 지금까지 메스나 수준을 측정하기 위한 전기화학적 방법은 보고되지 않았습니다. 기존 방법의 한계를 극복하기 위해서는 메스나 검출을 위한 전기화학적 방법의 개발이 필요합니다. 이 기술에서는 3전극 시스템에 정현파 전위파를 인가하고 임피던스의 실수부(Zreal), 임피던스의 허수부(Zimaginary), 위상 변이(ψ) 등의 EIS 데이터를 서로 다른 방식으로 사용합니다. 주파수가 기록됩니다. Zreal에 대해 Zimaginary를 플롯하는 획득된 Nyquist 플롯은 전기 회로 특성, 전극 표면의 특성 및 임피던스 센서의 분석 응답을 설명하는 데 사용할 수 있습니다. EIS는 패러데이와 비 패러데이의 두 그룹으로 분류할 수 있습니다. 비패러딕 EIS에서 임피던스 응답은 DC 전위와 이중층 커패시터를 기반으로 합니다. 대조적으로, Faradaic EIS에서는 임피던스 응답이 산화환원 반응에서 비롯됩니다. 따라서 Faradaic EIS는 정량 분석에 활용될 수 있습니다.