Preparation and electrochemical performance of PEDOT – AuNPs nanocomposite layers for the selective detection of neurotransmitters

Gruia, Violeta-Tincuta

Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) is one of the most widely used conducting polymers, due to its good electrochemical stability and high conductivity [1]. It was synthesized in 1988 by Bayer AG, Leverkusen [1]. Recently attention was focused on studying composite materials based on conducting polymers on which different metals were deposited. Thus, due to the presence of metal particles, the properties of nanocomposites like conductivity and catalytic activities are significantly improved. The nanocomposite materials are lightweight, have large surface area, the potential for non-enzymatic detection, low cost, easy processing and scalable production [1]. Catecholamines are a class of neurotransmitters, and their detection in the human body has been of interest to neuroscientists. They include dopamine, serotonin, adrenalin and they play important roles in various biological, pharmacological, and physical processes. Among the different analysis techniques electrochemical methods have received much interest because of their simplicity; selectivity, low costs, less time-consuming and as they can be applied to a real-time in situ determination [2]. Electrochemical analysis on unmodified electrodes like glassy carbon, or gold electrodes, used in our work, has limitations because of overlapping voltammetric peaks and high concentrations of ascorbic acid [3]. The overall objective of this work was to develop a new generation of modified electrodes, PEDOT/Au nanoparticles, which give distinguish oxidation peaks of analytes. The sensitivity for dopamine detection increased threefold on PEDOT/Au nanoparticles, from 0.13+/-0.01/ microA/microM to 0.3+/-0.03/ microA/microM. The second linear region found in nanomolar range shows a higher slope 0.04+/-0.0002/ microA/microM corresponding to a higher sensitivity. The higher sensitivity for serotonin detection (0.4+/-0.04/ microA/microM) was obtained for PEDOT/Au nanoparticles layer also. Comparing with the data for PEDOT layer (0.13+/-0.004/ microA/microM) the values were threefold higher. A second higher sensitive linear region was obtained for the concentration in nanomolar range between 50 nM to 500 nM only on nanocomposite layers. The sensitivity for serotonin detection on nanocomposite electrode increases in nanomolar range by a hundred times. In order to calculate the deposited metal mass on top of pre-synthesized polymer film we proposed a model based on EQCM investigation. The reproducibility was also studied and these data proved also that PEDOT nanocomposite layer can be a veritable candidate for an amperometric sensor for electrochemical detection of catecholamines.

Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) ist, aufgrund seiner guten elektrochemischen Stabilität und hoher Leitfähigkeit eines der am meistgenutzten leitfähigen Polymere [1]. Es wurde im Jahr 1988 von der Bayer AG, Leverkusen synthetisiert [1]. Jüngst wurde der Erforschung von Verbundmaterialien besondere Aufmerksamkeit zuteil, deren Grundlage leitfähiger Polymere bilden, auf die verschiedene Metalle abgeschieden wurden. Diese Nanoverbundmaterialien haben ein geringes Gewicht, eine große Oberfläche, das Potenzial zur nicht-enzymatischen Detektion und sind preisgünstig. Die Verarbeitung ist unkompliziert und einfach ausbaubar [1]. Catecholamine sind eine Stoffgruppe von Neurotransmittern und ihre Detektion im menschlichen Körper ist für Neurowissenschaftler von großem Interesse. Zu der Stoffgruppe zählen Dopamin, Serotonin, Adrenalin und sie spielen wichtige Rollen in verschiedenen biologischen, pharmakologischen und physikalischen Prozessen. Unter den verschiedenen Analysetechniken haben insbesondere elektrochemische Methoden viel Beachtung erfahren, da sie einfach, selektiv, günstig und weniger zeitaufwändig sind. Zudem können sie in einer Echtzeit-in-situ Bestimmung angewandt werden [2]. Die elektrochemische Analyse auf unmodifizierten Elektroden wie glasartigem Kohlenstoff oder Goldelektroden, wie in unserer Arbeit verwendet, hat ihre Limitierungen aufgrund von überlappenden voltammetrischen Peaks und hohen Konzentrationen von Ascorbinsäure [3]. Das Hauptziel dieser Arbeit war es eine neue Generation von modifizierten Elektroden, PEDOT/Au Nanopartikel, zu entwickeln, die differenzierbare Oxidationspeaks des Analyten aufweisen. Die Sensitivität der Dopamindetektion steigerte sich mit PEDOT/Au Nanopartikeln um das Dreifache, von 0,13+/-0,01/ microA/microM auf 0,3+/-0,03/ microA/microM. Die zweite lineare Region die im nanomolekularen Bereich gefunden wurde weist eine höhere Steigung auf (0,04+/-0,0002/ microA/microM). Dies entspricht einer höheren Sensitivität. Auch für die Serotonindetektion wurde mit PEDOT/Au Nanopartikeln eine höhere Sensitivität erreicht (0,4+/-0,04/ microA/microM). Der Vergleich mit den Daten der PEDOT-Schicht (0,13+/-0,004/ microA/microM) zeigt auch hier eine um das Dreifache gesteigerte Sensitivität. Eine zweite höher sensitive lineare Region wurde für eine Konzentration im nanomolekularen Bereich zwischen 50 nM und 500 nM nur für die Nanokompositschichten gefunden. Die Sensitivität für die Serotonindetektion von Nanokompositelektroden stieg im nanomolaren Bereich um das Hundertfache an. Um die abgeschiedene Metalmasse auf den vorsynthetisierten Polymerfilmen zu berechnen, haben wir ein Model vorgeschlagen, dass auf den EQCM Untersuchungen beruht. Die Reproduzierbarkeit wurde ebenfalls untersucht und diese Daten beweisen auch, dass PEDOT Nanokompositschichten einen vielversprechender Kandidaten für einen amperometrischen Sensor für die elektrochemische Detektion von Catecholaminen darstellt.

Zitieren

Zitierform:

Gruia, Violeta-Tincuta: Preparation and electrochemical performance of PEDOT – AuNPs nanocomposite layers for the selective detection of neurotransmitters. Ilmenau 2016.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export