Voltametrie na immunosensorech s nanodiamanty pro detekci kortizolu

Abstract

Kortizol je hormon, který v lidském těle ovlivňuje mnoho fyziologických dějů a který se uvolňuje při stresových situacích. Zlepšení detekce kortizolu by mohlo předcházet vzniku a rozvoji některých psychiatrických onemocněním zapříčiněných dlouhodobým vystavováním se stresu a lepšímu monitoringu nejenom duševního zdraví pacienta. Cílem této práce bylo studovat efekt nanodiamantů na voltametrické odpovědi imunosenzorů, s očekáváním zlepšení citlivosti sensoru a detekce tohoto hormonu. Nanodiamanty totiž disponují výbornou biokompatibilitou a chemickou stabilitou, navíc se jejich povrch dá dále modifikovat. Pro měření byly vybrány zlaté a platinové elektrody s průměrem 1 a 2 mm. Na ně byly nejprve nanášeny různé koncentrace nanodiamantů vzniklých detonací a následně byly tyto elektrody funkcionalizovány. Během celého tohoto procesu byly měřeny voltametrické charakteristiky a pořizovány snímky za pomoci optického a elektronového mikroskopu. Imunosenzory byly nakonec použity pro detekci kortizolu in vitro. Depozice nanodiamantové vrstvy způsobila u zlatých i platinových elektrod snížení přenosu elektronů, které bylo úměrné zvyšující se koncentrací nanodiamantů, což se projevilo poklesem voltammogramových vrcholů. Výsledky měření potvrdily tvorbu antibody-antigen komplexu. Při detekci antigenu bylo na zlatých elektrodách pokrytých nanodiamanty pozorováno snížení voltametrického signálu, zatímco u platinových elektrod pokrytých nanodiamanty byl zaznamenán opačný efekt docházelo k nárůstu signálu.

Cortisol is a hormone that affects many physiological processes in the human body and is released in stressful situations. Improving the detection of cortisol could prevent the onset and development of some psychiatric diseases caused by long-term exposure to stress and better monitoring of not only the patients mental health. The aim of this work was to study the effect of nanodiamonds on the voltammetric responses of immunosensors, with the expectation of improving the sensitivity of the sensor and the detection of this hormone. Nanodiamonds have excellent biocompatibility and chemical stability, and their surface can be further modified. Gold and platinum electrodes with a diameter of 1 and 2 mm were selected for the measurements. Different concentrations of nanodiamonds created by detonation were first applied to them, and then these electrodes were functionalized. During this entire process, voltammetric characteristics were measured and images were taken using an optical and electron microscope. Finally, immunosensors were used to detect cortisol in vitro. The deposition of the nanodiamond layer caused a decrease in electron transfer for both gold and platinum electrodes that was proportional to the increasing concentration of nanodiamonds, which was reflected by a decrease in voltammogram peaks. The measurement results confirmed the formation of an antibody-antigen complex. During antigen detection, a decrease in the voltammetric signal was observed on gold electrodes covered with nanodiamonds, while the opposite effect was noted on platinum electrodes covered with nanodiamonds - there was an increase in the signal.