Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

DEVELOPMENT OF ELECTROCHEMICAL SENSOR FOR DETERMINATION OF GLUCOSAMINE USING DROPLET MICROFLUIDIC SYSTEM

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

การพัฒนาตัวรับรู้ทางเคมีไฟฟ้าสำหรับการตรวจวัดกลูโคซามีนโดยใช้ระบบดรอปเล็ตไมโครฟลูอิดิก

Year (A.D.)

2015

Document Type

Thesis

First Advisor

Monpichar Srisa-Art

Second Advisor

Orawon Chailapakul

Third Advisor

Kanet Wongravee

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

Master of Science

Degree Level

Master's Degree

Degree Discipline

Chemistry

DOI

10.58837/CHULA.THE.2015.1021

Abstract

A droplet-based electrochemical sensor for direct measurement of D-glucosamine was developed using carbon paste electrodes (CPEs) modified with gold nanoparticles (AuNPs) and polyaniline (PANI). Central composition design (CCD) was employed as a powerful method for optimization of parameters for electrode fabrication. The optimized amounts of AuNPs and PANI were determined as 300 and 3,000 mg L-1, respectively. In addition, the optimum pH of buffer was found to be pH 4. For batch measurements, two linear ranges of glucosamine were observed. The first and second linear ranges were 0.05-40 mM and 40–100 mM, respectively. Using the first linear range, limits of detection and quantitation (LOD and LOQ) were calculated as 2.8 and 9.4 µM, respectively. Coupled with a droplet microfluidic system, the analysis of glucosamine was performed in a high-throughput manner with a sample throughput of at least 60 samples h-1. In addition, the adsorption of the analyte on the electrode surface was prevented due to compartmentalization in droplets. Linearity of the proposed system was found to be in the range of 0.5–5 mM with LOD and LOQ of 0.45 and 1.45 mM, respectively. High intra-day and inter-day (evaluated among 3 days) precisions for the detection of 50 droplets containing glucosamine were obtained with %RSD less than 3%. The system was successfully used to determine the amounts of glucosamine in supplementary products with error percentage and relative standard deviation less than 3%. In addition, the amounts of glucosamine measured using the developed sensors were in good agreement with those obtained from a traditional CE method. These indicate high accuracy and precision of the proposed system for determination of glucosamine in supplementary products.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

ตัวรับรู้ทางเคมีไฟฟ้าสำหรับการตรวจวัดกลูโคซามีนควบคู่กับระบบดรอปเล็ตไมโครฟลูอิดิกได้ถูกพัฒนาขึ้นโดยใช้ขั้วไฟฟ้าคาร์บอนเพสต์ที่ดัดแปรด้วยอนุภาคทองคำระดับนาโนเมตรและพอลีแอนิลีน วิธีการออกแบบการทดลองแบบ central composition design ซึ่งเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการทำนายภาวะที่เหมาะสมในการทดลองได้ถูกนำมาใช้ในการหาภาวะที่เหมาะสมสำหรับตัวแปรแต่ละชนิดที่ใช้ในการดัดแปรขั้วไฟฟ้า โดยพบว่าปริมาณที่เหมาะสมสำหรับอนุภาคทองคำระดับนาโนเมตรที่ใช้ดัดแปรขั้วไฟฟ้าคือ 300 มิลลิกรัมต่อลิตร และปริมาณที่เหมาะสมของพอลีแอนิลีนคือ 3,000 มิลลิกรัมต่อลิตร และพีเอชของบัฟเฟอร์ที่เหมาะสมคือพีเอช 4 สำหรับการทดลองแบบแบทช์พบว่ามีช่วงความเป็นเส้นตรงสองช่วง โดยช่วงความเป็นเส้นตรงแรกและช่วงความเป็นเส้นตรงที่สองอยู่ที่ 0.05 – 40 มิลลิโมลาร์ และ 40 - 100 มิลลิโมลาร์ ตามลำดับ จากช่วงความเป็นเส้นตรงแรกพบว่าสามารถคำนวณขีดจำกัดการตรวจวัดและขีดจำกัดการหาปริมาณได้เท่ากับ 2.8 และ 9.4 ไมโครโมลาร์ ตามลำดับ จากนั้นจึงนำตัวรับรู้ทางไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นมาใช้ควบคู่กับระบบดรอปเล็ตไมโครฟลูอิดิกสำหรับการตรวจวัดกลูโคซามีน ซึ่งจะช่วยให้สามารถตรวจวัดสารจำนวนมากในเวลาอันสั้นได้ โดยพบว่าสามารถตรวจวัดสารได้อย่างต่ำ 60 ตัวอย่างต่อชั่วโมง นอกจากนี้ระบบดรอปเล็ตไมโครฟลูอิดิกสามารถป้องกันการดูดซับของสารตัวอย่างที่ขั้วไฟฟ้าได้ เนื่องจากลักษณะของดรอปเล็ตที่มีการจัดแบ่งเป็นห้องกั้นสารให้อยู่ภายใน ช่วงความเป็นเส้นตรงของการตรวจวัดกลูโคซามีนของระบบดรอปเล็ตคือ 0.5-5 มิลลิโมลาร์ โดยมีขีดจำกัดการตรวจวัดและขีดจำกัดการหาปริมาณ 0.45 และ 1.45 มิลลิโมลาร์ตามลำดับ และพบว่าระบบการตรวจวัดกลูโคซามีนมีความแม่นยำสูง โดยทำการวัดกลูโคซามีนจาก 50 ดรอปเล็ตภายใน 1 วัน และทำการตรวจวัด 3 ครั้งภายในเวลา 1 สัปดาห์พบว่ามีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์น้อยกว่าร้อยละ 3 จากนั้นระบบดรอปเล็ตที่พัฒนาขึ้นได้ถูกนำไปใช้วิเคราะห์กลูโคซามีนในผลิตภัณฑ์อาหารเสริม โดยพบว่ามีค่าความผิดพลาดและค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ของผลการวิเคราะห์น้อยกว่าร้อยละ 3 นอกจากนี้ยังพบว่าปริมาณกลูโคซามีนที่วิเคราะห์จากระบบดรอปเล็ตมีความสอดคล้องกับปริมาณที่วิเคราะห์จากระบบคะพิลลารีอิเล็กโทรโฟริซีส ซึ่งระบุได้ว่าระบบดรอปเล็ตที่พัฒนาขึ้นนั้นมีความเที่ยงและความแม่นสูงสำหรับการตรวจวัดกลูโคซามีนในผลิตภัณฑ์อาหารเสริม

Link to Full Text

Share

COinS