Entwicklung von Wismutsulfid-Nanostäbchen und Polyamidoamin-Dendrimer auf reduziertem Graphenoxid als Elektroden-Nanomaterialien für die elektrochemische Bestimmung von Salbutamol

Jan 24, 2024

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 8902 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Dendrimere, eine neue Klasse von Nanomaterialien, erhalten in verschiedenen Bereichen zunehmend Aufmerksamkeit. In dieser Studie kamen wir durch die Kombination der Vorteile von Polyamidoamin (PAMAM)-Dendrimer mit reduziertem Graphenoxid (rGO) und Wismutsulfid (Bi2S3) zum Entwurf eines neuen Verbundwerkstoffs und dessen Anwendung für elektrochemische Sensoren wurde erstmals untersucht. Als neuer Ansatz bei der Herstellung des Verbundwerkstoffs wurde PAMAM erstmals zur Vergrößerung der Oberfläche von Bi2S3 mit rGO eingesetzt, was letztlich zu einer Vergrößerung der aktiven Oberfläche des Sensors führte (5-fach im Vergleich zur bloßen Elektrode). . Zum ersten Mal verwendeten wir die sonochemische Methode für die Interaktion zwischen PAMAM mit Bi2S3 und rGO, was eine einfachere und schnellere Methode zur Herstellung des Verbundwerkstoffs darstellte. Das gezielte Design des Verbundwerkstoffs erfolgte mithilfe der experimentellen Designmethode, um die optimale Zusammensetzung der Komponenten zu erhalten. Das neue Nanokomposit wurde erfolgreich für die einfache und empfindliche elektrochemische Messung von Salbutamol zur Kontrolle der Lebensmittelgesundheit eingesetzt. Salbutamol wird als verbotener Zusatzstoff in Tier- und Geflügelfuttermitteln verwendet. Der Sensor verfügt über eine gute Empfindlichkeit (35-fache Steigerung im Vergleich zur bloßen Elektrode) und eine niedrige Nachweisgrenze (1,62 nmol/L). Darüber hinaus verfügt es über eine akzeptable Selektivität, eine gute Wiederholbarkeit (1,52–3,50 %), eine gute Reproduzierbarkeit (1,88 %) und eine zufriedenstellende Genauigkeit (Wiederfindungen: 84,6–97,8 %). Ein herausragendes Merkmal des Sensors ist sein breiter linearer Bereich (5,00–6,00 × 102 nmol/L). Dieser Sensor eignet sich gut für die Bestimmung von Salbutamol in Milch-, Wurst-, Vieh- und Geflügelfutterproben.

Salbutamol (SAL) ist eine Art β2-adrenerger Agonist mit einem aromatischen Ring und einer terminalen Aminogruppe. Salbutamol kann dazu beitragen, das Tierwachstum und die Futtereffizienz zu steigern, indem es das Körperfett verringert und die Proteinbildung erhöht1. Allerdings kann es sich bei Tieren anhäufen und sich nach dem Fleischverzehr leicht im menschlichen Gewebe ansammeln, was zu gesundheitlichen Problemen führen kann2,3. Um die öffentliche Gesundheit zu schützen, haben die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO), die Europäische Union (EU) und China erklärt, dass die β2-adrenergen Agonisten, einschließlich Salbutamol, in der tierischen Nahrungsaufnahme Null sein dürfen4. Der illegale Missbrauch von Salbutamol in Tierfutter hört jedoch nie auf. Daher ist es notwendig, eine einfache, schnelle und empfindliche Methode zum Screening von Salbutamol in niedrigen Konzentrationen in Futter- und Lebensmittelproben zur Kontrolle der Lebensmittelsicherheit zu verbreiten.

Es wurden mehrere Methoden zum Nachweis von SAL beschrieben, darunter Hochleistungsflüssigkeitschromatographie5, Immunchromatographie6, Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie7 und elektrochemische Methoden. Die elektroanalytischen Methoden zeichnen sich durch einfache Vorbehandlungsverfahren, niedrige Kosten, hohe Empfindlichkeit, kurze Analysezeiten und miniaturisierbare Instrumente aus. Daher haben elektroanalytische Methoden insbesondere in der Routineinspektion große Aufmerksamkeit erlangt. Zur Bestimmung von Salbutamol wurden verschiedene elektrochemische Methoden entwickelt, die auf Cyclovoltammetrie (CV)8, Differential-Puls-Voltammetrie (DPV)9, linearer Sweep-Voltammetrie (LSV)10, elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS)11 und Amperometrie12 basieren. Daher stieß der Entwurf und die Entwicklung eines selektiven und empfindlichen Sensors zur SAL-Bestimmung mittels elektroanalytischer Technik auf großes Interesse in Wissenschaft, Medizin und Gesundheit.

Die Entwicklung neuartiger, fortschrittlicher Materialien mit vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten ist immer noch eine Herausforderung für die wissenschaftliche Gemeinschaft. Das Design entwickelter Materialien spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Leistung elektrochemischer Sensoren. Dendrimere sind eine neue Klasse von Nanomaterialien, bei denen es sich um wiederholt kugelförmige verzweigte Moleküle mit dreidimensionaler Struktur, terminalen funktionellen Gruppen und genau definierten Hohlräumen handelt, die als Wirte für andere Moleküle fungieren können13. Unter den verschiedenen Dendrimeren ist Poly(amidoamin) (PAMAM)14 das am häufigsten verwendete Dendrimer. Polyamidoamin (PAMAM)-Dendrimere sind „dichte Stern“-Polymere mit 11 verschiedenen Generationen und zehn funktionellen Oberflächengruppen. Mit einer Reihe sich wiederholender Gruppen wird jede neue Generation von PAMAM um die vorherige Generation herum gebildet. Das neu gegründete PAMAM verfügt über herausragende Eigenschaften. Zu diesen Eigenschaften zählen ein großer Durchmesser, eine große Oberfläche und reaktivere Verzweigungen. Die reaktiven Oberflächenzweige ermöglichen die Betrachtung von PAMAM als Affinitätsliganden und Nachweismittel für pharmazeutische Verbindungen15. Aufgrund ihrer Vorteile wie stabiles Molekulargewicht, molekulare Einheitlichkeit, spezifische Größe, eindeutige Form und viele Oberflächenverzweigungen16 haben sie beim Design und der Entwicklung elektrochemischer Sensoren große Aufmerksamkeit erhalten16. Zu den häufigsten Kandidaten für die Herstellung leistungsstarker elektrochemischer Sensoren auf Dendrimerbasis gehört die Kombination von Dendrimeren mit vielen leitfähigen Materialien.

Heutzutage werden verschiedene leitfähige Materialien verwendet, um die Empfindlichkeit und Selektivität elektrochemischer Sensoren zu erhöhen. Einige bekannte Modifikatoren, die einen erheblichen Einfluss auf die Leistung von Sensoren haben, z. B. Afzali et al. verwendeten mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs), um einen empfindlichen Sensor für den Nachweis von Zearalenon und Antimon (III)17,18 zu entwickeln, und Ostovar et al. verwendeten auch MWCNT/Polypyrrol/Phenylboronsäure zur elektrochemischen Messung von Diltiazem19.

Wismutsulfid (Bi2S3) ist ein Halbleiter vom n-Typ mit einer direkten Energiebandlücke im Bereich von 1,2 bis 1,7 eV. Das Halbleitermaterial vom n-Typ enthält eine große Anzahl freier Elektronen, die eine wichtige Rolle bei der elektrischen Leitfähigkeit spielen. Bi2S3 ist aufgrund seiner hervorragenden photovoltaischen Eigenschaften, seines natürlichen Vorkommens und seiner wünschenswerten Umweltverträglichkeit als leistungsstarker Sensormodifikator bekannt20. Es kann mit Kohlenstoffsubstrat kombiniert werden, um eine Agglomeration zu verhindern, die zu einer Verringerung der effektiven Oberfläche führt21.

Zweidimensionale (2D) Nanomaterialien mit Schichtstrukturen, großer Oberfläche, mechanischer Flexibilität und elektronischen Eigenschaften haben beim Design von Sensoren große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Unter den am häufigsten verwendeten zweidimensionalen Nanomaterialien können wir Graphen und seine Derivate (Graphenoxid, reduziertes Graphenoxid) erwähnen. In den letzten Jahren hat eine neue Familie zweidimensionaler Materialien, Übergangsmetallcarbide/-nitride (MXene), einen Zuwachs erhalten viel Aufmerksamkeit. Trotz seiner Vorteile hat MXene immer noch seine eigenen Herausforderungen und Nachteile. Zwei große Einschränkungen bei der Herstellung von MXene-basierten Materialien sind die schlechte Wasserdispergierbarkeit von MXene und die schnelle Oxidation des MXene. Daher befindet sich dieses Material noch in einem frühen Stadium und es bedarf weiterer Forschung, um es zu verbessern22,23. Stattdessen weisen zweidimensionale Graphen-Nanomaterialien und ihre Derivate neben guten elektrischen Eigenschaften und einer hohen aktiven Oberfläche eine gute Stabilität und Dispersion in Wasser auf. Die Herstellung dieser Nanomaterialien ist auch kostengünstig und erfordert keine fortgeschrittene Ausrüstung.

Graphenoxid (GO) ist ein zweidimensionales, ein Atom dickes sp2-gebundenes Kohlenstoffnetzwerk24. Die elektrochemischen Eigenschaften von GO, wie feiner Elektronentransport und große elektrokatalytische Aktivität, haben zu einem breiten Anwendungsspektrum als Elektrodenmaterial geführt25. Um die elektrochemische Aktivität von GO zu erhöhen, wird es in reduziertes Graphenoxid (rGO) umgewandelt, indem fast alle sauerstoffhaltigen Gruppen entfernt werden26. Reduziertes Graphenoxid (rGO) hat in elektrochemischen Sensoren große Aufmerksamkeit erregt27.

Das Design eines Sensors mit schnellem, einfachem und effizientem Screening von Salbutamol kann in vielen Kontrollzentren für die Lebensmittelqualität eingesetzt werden. Ein geeigneter Sensor zur Bestimmung von Salbutamol in Futter- und Lebensmittelproben von Tieren und Geflügel sollte neben der richtigen Leistung auch einfach, schnell und kostengünstig herzustellen sein, um kommerziell vermarktet werden zu können. Daher wurden bei der Gestaltung des Modifikators für die Herstellung des Sensors sowohl der Aspekt der Verbesserung der Leistung des Sensors als auch der Aspekt seiner Kommerzialisierung berücksichtigt. Von besonderer Bedeutung ist auch die Biokompatibilität der zur Herstellung des Sensors verwendeten Materialien. Joan Chepkoech Kilel und Kollegen verwendeten MWCNT, um einen Sensor für die Salbutamol-Bestimmung vorzubereiten. Trotz seiner Vorteile gilt MWCNT als gefährlich, seine Herstellungstechnologie ist teuer und seine Länge und geometrische Struktur können einige Anwendungen einschränken28. Wang und seine Kollegen verwendeten zur Herstellung des Sensors Silber-Palladium-Nanopartikel. Beide Metalle sind teuer und ihr Einsatz ist nicht wirtschaftlich4. Daher haben wir versucht, Materialien zu verwenden, die nicht nur die Leistung des Sensors verbessern, sondern auch biologisch abbaubare und kostengünstige Materialien sind, die einfach herzustellen sind und keine teure Ausrüstung erfordern.

Hierin haben wir ein neues Dendrimer-basiertes Nanokomposit für die elektrochemische Erkennung von SAL in Lebensmittelproben entwickelt. PAMAM wurde als Darstellung des Dendrimers ausgewählt. Bi2S3 und rGO wurden zur Verbesserung der Leitfähigkeit von Dendrimeren (als leitfähige Materialien) verwendet. Die experimentelle Designmethode (Central Composite Design (CCD) und Response Surface Methodology) wurde implementiert, um Krümmungs- und Wechselwirkungsterme zu verstehen und die experimentellen Variablen (Faktoren) zu optimieren, die die Leistung von Nanokompositen beeinflussen. Schließlich wurde das rGO/PAMAM/Bi2S3-Nanokomposit vollständig charakterisiert und der hergestellte Sensor bewertet und für die SAL-Bestimmung in realen Proben eingesetzt.

Das synthetisierte Bi2S3, rGO und PAMAM wurden durch Feldemissions-Rasterelektronenmikroskope (FE-SEM), energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX), Röntgenbeugung (XRD) und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) charakterisiert. Die Morphologie der synthetisierten Bi2S3-Nanostäbe und rGO wurde mittels FE-SEM untersucht. Abbildung 1a–c zeigt dreidimensionale Strukturen von rGO, Bi2S3-Nanostäben und rGO/PAMAM/Bi2S3; Außerdem zeigt es spezifische Oberflächenänderungen (zunehmend) während der Modifikation. Die EDX-Analyse (Abb. 1g, h) hilft bei der Beurteilung der Reinheit der synthetisierten Nanopartikel. Abbildung 1g bestätigt, dass die vorbereitete Bi2S3-Probe aus S- und Bi-Elementen bestand. Die Elementkarte zeigt eine gleichmäßige Verteilung der beitragenden Elemente in den synthetisierten Nanopartikeln (Abb. 1d, e). Die Morphologie der rGO-Blätter ist in Abb. 1a, c dargestellt. Wie bereits erwähnt, weist rGO Schichten auf (Abb. 1c), um die sich die Bi2S3-Nanostäbe ansammeln. Die offensichtliche Dickenzunahme von rGO-Platten (Abb. 1c) ist auf die PAMAM-Anwendung zurückzuführen. Das XRD-Muster von GO (Abb. 1f) stellt einen scharfen Beugungspeak bei 2θ = 10,9787° dar. Unter Verwendung der Bragg-Gleichung (2dsinθ = nλ) wird gezeigt, dass der d-Abstand zwischen den GO-Nanoblättern 8,05 Å betrug. Dieser Wert bestätigt, dass die sauerstoffhaltige Funktionalisierung erfolgreich erreicht wurde29. Nach der hydrothermischen Reduktion des GO verschwand der Peak bei 2θ = 10,9787° und ein neuer schwacher Peak erschien bei 23,8897°, was mit der Beugung von rGO zusammenhängt (Abb. 1k). Der d-Abstand zwischen den Schichten entsprechend rGO-Blättern beträgt 3,72 Å, was weniger als bei GO-Blättern ist. Diese Abnahmen weisen darauf hin, dass bei der Reduktion von GO die sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen erfolgreich entfernt werden. Das XRD-Muster von Bi2S3 bestätigt gut die Synthese der orthorhombischen Phase Bi2S3 (Abb. 1j). Die Beugungspeaks von rGO/PAMAM/Bi2S3 (Abb. 1z) stimmen gut mit den generischen Peaks von Bi2S3 in der CPDS-Karte (Nr. 17-0320) und einem Peak bei 2θ = 23,8897° für rGO überein.

FE-SEM-Bilder: (a) rGO, (b-1, b-2) Bi2S3, (c-1, c-2) rGO/PAMAM/Bi2S3, Kartierung: (d) Bi2S3, (e) rGO/PAMAM/ Bi2S3 und EDX: (g) Bi2S3 und (h) rGO/PAMAM/Bi2S3. XRD-Analyse von (f) GO, (k) rGO, (j) Bi2S3, (z) rGO/PAMAM/Bi2S3.

Zur Untersuchung der funktionellen Gruppen von GO, PAMAM, rGO/PAMAM/Bi2S3 wurde FTIR-Spektroskopie verwendet (Abb. 2). Die breite Absorptionsbande bei etwa 3400 cm−1 wird der Streckschwingung von –OH-Gruppen zugeordnet. Die FTIR-Spektren von GO bestätigen das Vorhandensein eines C=O-Streckschwingungspeaks des terminalen Carboxyls bei 1733 cm-1, C=C-Schwingungen des aromatischen Rings bei 1622 cm-1, Alkoxy-CO bei 1063 cm-1 und Epoxid-C –O–C bei 1229 cm–1 und tertiäres C–OH bei 1383 cm–1. Diese Ergebnisse deuten auf eine erfolgreiche Oxidation von Graphit30 hin. Die Bande bei 1114 cm−a1, die dem rGO/PAMAM/Bi2S3 zugeordnet ist, zeigt die Wechselwirkung zwischen rGO und Bi2S3-Nanostäben31. Im rGO-FTIR-Spektrum deuten die Abnahmen der Peakintensitäten sauerstoffhaltiger funktioneller Gruppen auf die effiziente Reduktion von GO durch die hydrothermale Methode hin.

FTIR-Spektren von (a) GO, (b) PAMAM, (c) rGO/PAMAM/Bi2S3.

Dreidimensionale Darstellung von Antwortänderungen relativ zu Faktorstufen unter Verwendung des CCD-Modells für (a) rGO-Bi2S3 und (b) PAMAM-Bi2S3.

Das FTIR-Spektrum des synthetisierten Dendrimers G3 zeigte Absorptionspeaks bei 3354,7 cm−1 für die N-H-Streckung des primären Amins und bei 3270 cm−1 für die N-H-Streckung des sekundären Amins. Die Peaks der aliphatischen C-H-Streckschwingungen erschienen bei 2934,76 cm−1 und 2863,69 cm−1. Der Peak bei 1646,65 cm−1 gehörte zur Amidcarbonylabsorption, während die Kern-N-C-Streckung zu einem Peak bei 1596,28 cm−1 führte. Mit der erfolgreichen Synthese des PAMAM G3-Dendrimers verschwand der Peak des Carbonsäurekohlenstoffs von C=O des aliphatischen Esters (1750–1735 cm−1) und die Absorptionsbande im Zusammenhang mit Amidcarbonyl erschien bei 1646,65 cm−132,33.

Um die Empfindlichkeit von Salbutamol-Messungen zu erhöhen, wurden effektive Parameter im Zusammenhang mit dem elektrochemischen Oxidationsprozess mithilfe der Einzelmethode optimiert. Im folgenden Abschnitt wird die Optimierung der Modifikatorvorbereitung und der elektrochemischen Messbedingungen beschrieben.

Die experimentelle Designmethode wurde angewendet, um die optimale Zusammensetzung der Modifikatorkomponenten auszuwählen. Um diese Arbeit zu erfüllen, wurden zentrales Verbunddesign und Reaktionsflächenmodellierung verwendet. Drei beeinflussende und interagierende Faktoren, nämlich die Mengen an Bi2S3, rGO und PAMAM, wurden gemäß unseren bisherigen Erfahrungen und Kenntnissen auf diesem Gebiet berücksichtigt. Tabelle S1 zeigt codierte und nicht codierte Ebenen über den Faktoren. Um die Orthogonalität des Designs sicherzustellen, wurde die Anzahl der Sternpunkte (Na) und Mittelpunkte (No) auf 6 bzw. 6 festgelegt. Daher entsprach die Gesamtzahl der Behandlungen (2f. + 2 × f + Nein) = 20. Die 20 Behandlungen in der Entwurfsmatrix wurden zufällig durchgeführt, und der DPV-Strom für eine Lösung von 5 mmol/L [Fe(CN Als Reaktion wurde )6]3−/[Fe(CN)6]4− in 0,1 mol/L KCl angenommen. Anschließend wurde das dem CCD entsprechende Reaktionsoberflächenmodell generiert. Die beitragenden Terme im RSM wurden entsprechend der Wirksamkeit der Interaktions- und Krümmungsterme ausgewählt, die in der Varianzanalysetabelle (ANOVA) des Modells vorhanden waren. Die wesentlichen Terme, die am codierten Antwortoberflächenmodell beteiligt sind, sind in Gl. dargestellt. 1. Mithilfe der codierten Gleichung und unter Berücksichtigung der Koeffizienten der Faktoren kann der relative Einfluss der Faktoren ermittelt werden.

wobei A, B und C die Mengen an Bi2S3, rGO bzw. PAMAM sind. Statistische Parameter des RSM, einschließlich des Koeffizienten der Mehrfachbestimmung (R2), des angepassten R2, des vorhergesagten R2 und der F-Statistikwerte, betragen 0,929, 0,878 und 0,814 bzw. 18,050. Außerdem beträgt der Mangel an Fitness-Mittelquadraten zu reinen experimentellen Unsicherheits-Mittelquadratenvarianzen 0,395, was auf dem Wahrscheinlichkeitsniveau p = 0,05 nicht signifikant ist. Die Auswertung der Modellstatistiken zeigt, dass sie deutlich zu den Daten passt und dass das Modell die meisten experimentellen Antwortänderungen (ca. 88 %) beschreiben kann. Darüber hinaus wurde durch Maximierung des RSM ein optimaler Zustand mit Bi2S3-, rGO- und PAMAM-Konzentrationen von 2,248, 0,800, 0,200 (mg/ml) und der theoretischen Reaktion von 267,099 (µA) vorhergesagt. Um die Vorhersagegenauigkeit des Modells zu bewerten, wurden drei Läufe im vorhergesagten optimalen Zustand durchgeführt und der Durchschnitt dieser Ergebnisse betrug 265.200 (µA). Dieses Ergebnis stimmte gut mit der vom Modell abgeleiteten vorhergesagten Reaktion überein und bestätigte die Zuverlässigkeit des Optimierungsverfahrens. Einige 3D-Antwortflächendiagramme für die beiden Variablen, während der andere Faktor auf seiner zentralen Ebene fixiert ist, sind in Abb. 3 dargestellt.

Bei allen voltammetrischen Bestimmungen spielt der Grundelektrolyt eine wichtige Rolle, daher wurden die Wirkung seines pH-Werts und seine Zusammensetzung optimiert. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden Lösungen von KCl, Acetat, Britton-Robinson (BR) und Phosphatpuffern bei pH = 5,0 und 0,1 mol/L getestet (Abb. S1A). Da der höchste Spitzenstrom in den DPV-Experimenten von der Phosphatpufferlösung stammte, wurde sie als bester Leitelektrolyt für die elektrochemischen Messungen ausgewählt. Anschließend wurde DPV bei einem pH-Bereich (4,0 bis 7,0) durchgeführt, um den Einfluss des pH-Werts auf die Oxidationsreaktion von SAL bei rGO/PAMAM/Bi2S3/GCE zu untersuchen. Wie in Abb. S1B gezeigt, trat der größte Strom bei pH = 5,0 auf, was als optimaler pH-Wert für weitere Untersuchungen angesehen wurde.

Verschiedene Parameter der DPV-Methode, die das elektrochemische Signal beeinflussten, wurden unter Verwendung einer 4,00 × 102 nmol/l Salbutamollösung in Phosphatpuffer (0,1 mol/l, pH = 5,0) optimiert. Zu diesen Parametern gehören Pulsamplitude, Pulsdauer, Scanrate, Konditionszeit und Konditionspotential. Wie in Abb. S2A-E dargestellt, betragen die optimalen Werte für Impulsamplitude, Impulsdauer, Scanrate, Konditionierungszeit und Konditionierungspotential 0,30 V, 5 ms, 0,03 V/s, 300 s bzw. + 0,50 V.

Der Zusammenhang zwischen dem anodischen Spitzenpotential (Epa) und dem pH-Wert wurde untersucht, um die Anzahl der am Elektronenprozess beteiligten Elektronen zu ermitteln. Wie in Abb. S3 gezeigt, besteht eine gute lineare Beziehung zwischen Ep und pH mit der Gleichung Ep = − 0,0605 pH + 1,2556 (R2 = 0,9869). Der Steigungswert von -0,0605 (V/pH) liegt nahe genug am theoretischen Nernstschen Wert und zeigt an, dass die Anzahl der Protonen und Elektronen, die bei der Oxidation von SAL ausgetauscht werden, gleich ist. Dieser Befund folgt zuvor vorgeschlagenen Mechanismen, wonach nur ein Elektron und ein Proton an der Elektrooxidation von SAL34 beteiligt sind.

Die elektrochemische Wirksamkeit der modifizierten Elektrode wurde mit der CV- und DPV-Methode untersucht. Bei der Voltammetriemethode wird durch Anlegen eines Potentials der Strom durch eine elektrochemische Reaktion erzeugt und der erzeugte Strom als Funktion des angelegten Potentials gemessen. Das Schema der Wahrnehmungsphänomene ist in Abb. S7 dargestellt. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden die CV- und DPV-Voltammogramme einer 2,00 × 102 nmol/l Salbutamollösung in Phosphatpuffer (0,1 mol/l, pH = 5,0) getestet. Der Oxidationspeak von Salbutamol resultiert aus der anodischen Reaktion seiner phenolischen Hydroxylgruppe35. Der mögliche Mechanismus der Salbutamol-Oxidation ist in Abb. 4 dargestellt. Wie in Abb. 4 gezeigt, wird während der Modifikation von GCE, GCE/Bi2S3, GCE/rGO, GCE/PAMAM/Bi2S3 und GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 das Signal ( Empfindlichkeit) wurde deutlich erhöht. Diese Empfindlichkeitsänderungen können auf die größere aktive Oberfläche der modifizierten Elektrode zurückgeführt werden.

Mechanismus der Salbutamoloxidation, CV (Abtastrate: 100 mV/s) und DPV-Kurven, erhalten bei GCE (a, a'), GCE/Bi2S3 (b, b'), GCE/PAMAM/Bi2S3 (c, c'), GCE/rGO (d, d'), GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 (f, f') in 0,1 mol/L Phosphatlösung (pH = 5,0) mit 2,00 × 102 nmol/L Salbutamol.

Die Technik der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) ist eine zerstörungsfreie Methode zur Untersuchung der elektrischen Eigenschaften von Materialien. Daher wurde die Geschwindigkeit des Grenzflächenelektronentransports der modifizierten Elektrode mit der EIS-Technik untersucht. Nyquist-Diagramme von reinem GCE (a), GCE/Bi2S3 (b), GCE/rGO (c) und GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 (d) sind in Abb. 5 dargestellt. Alle Experimente wurden mit 5,0 mmol/L durchgeführt [ Fe(CN)6]3− und [Fe(CN)6]4− Lösung in wässriger 0,1 mol/L KCl als Redoxsonde. In Nyquist-Diagrammen steht der Halbkreis bei hoher Frequenz im Zusammenhang mit dem Ladungsübertragungswiderstand (Rct), und das Kapazitätsverhalten wird über den linearen Teil bei niedriger Frequenz dargestellt. Der äquivalente Serienwiderstand (ESR) ist der Schnittpunkt des Halbkreises mit der reellen Achse. Der ESR besteht aus dem Widerstand der Elektrolytlösung, dem Eigenwiderstand des aktiven Materials und dem Kontaktwiderstand des aktiven Grenzflächenmaterials und des Stromkollektors. Die Verringerung des Durchmessers des Halbkreises des Nyquist-Diagramms nach der Modifikation der Elektrode weist darauf hin, dass die verwendeten Nanomaterialien einen erheblichen Einfluss auf die Erhöhung der Elektronentransferrate haben. Auch die stärkere Steigung des linearen Teils des Nyquist-Diagramms der modifizierten Elektrode zeigt eine Verbesserung des Elektronentransferprozesses.

Nyquist-Diagramme von (a) reinem GCE, (b) GCE/Bi2S3, (c) GCE/rGO/Bi2S3, (d) GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 in Gegenwart von 5 mmol/L [Fe(CN)6] 3/[Fe(CN)6]4-Lösung in 0,1 mol/L KCl. Bedingungen: Edc: + 0,230 V vs. Ag/AgCl; Eac: 5 mV; Frequenzbereich: 0,01–5 × 104 Hz.

Die aktive Oberfläche der modifizierten Elektroden wurde mithilfe der Randles-Sevcik-Gleichung (Gleichung 2) berechnet.

Dabei ist Ip der Spitzenstrom (A), n die Anzahl der übertragenen Elektronen, A die Oberfläche (cm2), D der Diffusionskoeffizient (cm2/s), ν die Potentialscanrate (mV/s) und C ist die Konzentration der Reaktanten (mol/cm3). Um die aktive Oberfläche der Elektroden zu untersuchen, wurden CV-Experimente mit einer 5 mM [Fe(CN)6]3−/[Fe(CN)6]4−-Lösung in wässriger 0,1 mol/L KCl bei einem Potential durchgeführt Scanratenbereich von 10–100 mV/s (Abb. 6a–d). Die Darstellung des Spitzenstroms gegenüber der Quadratwurzel der Scanrate hilft uns, die aktive Oberfläche der Elektroden zu messen. Die berechnete aktive Oberfläche für nacktes GCE, GCE/Bi2S3, GCE/rGO/Bi2S3 und GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 beträgt 0,0464, 0,0580, 0,159 bzw. 0,231 cm2. Die Ergebnisse zeigen deutlich die signifikante Wirkung von rGO und PAMAM/Bi2S3-Nanomaterial auf die Vergrößerung der aktiven Oberfläche (bis zum Fünffachen im Vergleich zu bloßem GCE) der Elektrode und damit ihrer Empfindlichkeit.

Zyklische Voltammogramme von (a) reinem GCE, (b) Bi2S3/GCE, (c) GCE/rGO/Bi2S3 und (d) GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 in 5 mmol/L [Fe(CN)6]3/ [Fe(CN)6]4-Lösung in wässriger 0,1 mol/L KCl bei einem möglichen Scanratenbereich von 10–100 mV/s, (e) reines GCE und (f) GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 in 0,1 mol /L Phosphatlösung (pH = 5,0) mit 5,00 × 102 µmol/L Salbutamol für reines und 6,00 × 102 nmol/L für modifiziertes GCE bei Scanraten von 10, 20, 30, 40, 50, 60 und 70 mV/s . Diagramme des Spitzenpotentials vs. ln v (g) nacktes GCE, (h) GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3. (i) Variation der Spitzenströme gegenüber der Quadratwurzel der Scanrate für GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3.

Die kinetische Untersuchung des vorgeschlagenen Sensors wurde mithilfe einer zyklischen Voltammetrieanalyse untersucht. Abbildung 6 zeigt zyklische Voltammogramme von 6,00 × 102 nmol/L Salbutamol in Phosphatpuffer (0,1 mol/L, pH = 5,0) auf rGO, PAMAM/Bi2S3, GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 und reinem GCE (5,00 × 102 µmol/ L-Salbutamol in PBS) bei verschiedenen Scan-Raten. Die Ergebnisse zeigen, dass der Oxidationsstrom von Salbutamol durch Erhöhung der Scanrate linear erhöht wurde. Wie in Abb. 6i dargestellt, hängen die Spitzenströme linear mit der Quadratwurzel der Scanrate zusammen, was bestätigt, dass der Oxidationsprozess diffusionskontrolliert ist. Auch das Fehlen eines Reduktionspeaks für Salbutamol weist darauf hin, dass der Oxidationsprozess irreversibel ist.

Die Laviron-Gleichung drückt die Beziehung zwischen Epa und v für eine irreversible elektrochemische Reaktion aus36. Daher wird es zur Berechnung des Elektronentransferkoeffizienten (α) und der Geschwindigkeitskonstante der elektrochemischen Reaktion (Ks) verwendet (Gleichung 3).

wobei Epa, Ks, E0, n, ν, F, R und T das anodische Spitzenpotential, die Geschwindigkeitskonstante des heterogenen Oberflächenelektronentransfers (s−l), das formale Redoxpotential, die Anzahl der übertragenen Elektronen und die Scanrate (V/s) sind. , Faraday-Konstante (96.485 C/mol), universelle Gaskonstante (8,314 J/K/mol) bzw. Temperatur (298,15 K). Unter Berücksichtigung von n = 1 wurde der Wert von α unter Verwendung des Steigungswerts der Epa vs. ln ν-Darstellung bestimmt. Das E0, das aus dem Achsenabschnitt des Diagramms erhalten wurde, und α wurden in Gleichung angewendet. 4 zur Schätzung der Ks-Werte bei 0,05 Vs-1 (ΔE = Epa \(-\) E0).

Die erhaltenen Ks-Werte betragen 0,0099 s−1 und 0,1294 s−1, und die erhaltenen α-Werte betragen 0,0036 bzw. 0,0,6113 für reines GCE, GCE/PAMAM/Bi2S3, GCE/rGO bzw. GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 . Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass durch die Modifizierung der Elektrodenoberfläche die Elektronentransferrate für die Salbutamol-Oxidation deutlich steigt.

Die Kalibrierungskurve wurde unter Verwendung des Spitzenstroms (µA) von SAL in der DPV-Analyse erstellt. Unter optimalen Bedingungen wurden verschiedene SAL-Konzentrationen von 5,00 bis 6,00 × 102 nmol/L untersucht. Die Darstellung der ip vs. SAL-Konzentrationen ist linear (y = 0,187x + 24,513, R2 = 0,9928) (Abb. 7). Um die Empfindlichkeit des GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3-Sensors mit der reinen GCE zu vergleichen, wurde die Kalibrierungskurve für Salbutamol (7,00 × 10–6,00 × 102 µmol/L) unter Verwendung reiner GCE erstellt. Wie in Abb. 7 gezeigt, hat das neue Nanokomposit die Empfindlichkeit der Elektrode um etwa das 35-fache erhöht (von 0,005 auf 0,187 µA µM−1 cm−2). Die Standardabweichung für 5 wiederholte Blindmessungen betrug (0,0994); daher betrug die Nachweisgrenze (LOD = 3sb/m) 1,62 nmol/L, was zufriedenstellend ist.

(a) DPV-Voltammogramme des GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3-Sensors in 0,10 mol/L Phosphatpuffer (pH 5,0) mit unterschiedlichen SAL-Konzentrationen (5,00–6,00 × 102 nmol/L). Auftragung des DPV-Stroms gegen die Konzentrationen von Salbutamol (b) GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 (5,00–6,00 × 102 nmol/L) und (c) GCE (7,00 × 10–6,00 × 102 μmol/L).

Um die Selektivität des GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3-Sensors für die Salbutamol-Bestimmung zu bewerten, wurden die Interferenzen gängiger Verbindungen wie Ascorbinsäure, Harnstoff, Glucose, L-Cystein, Stärke und zwei Medikamente, Diltiazem und Dexamethason, untersucht in zwei Verhältnissen von 1:10 und 1:5. Das experimentelle Ergebnis wies in Gegenwart von 1:10 (Salbutamol: L-Cystein, Glucose, Stärke, Diltiazem und Dexamethason) und 1:5 (Salbutamol: Ascorbinsäure, Harnstoff) einen Fehler von etwa 5 % oder weniger auf. Die resultierenden DPV-Reaktionen, die in Abb. S4 dargestellt sind, weisen auf eine akzeptable Selektivität und keine signifikante Beeinträchtigung der GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3-Sensorleistung für die Salbutamol-Bestimmung hin.

Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit sind die wesentlichen Merkmale eines elektrochemischen Sensors, der seine Praktikabilität für Echtzeitmessungen unter Beweis stellt. Die Wiederholbarkeit des generierten Sensors wurde durch DPV-Intra-Day- (n = 5) und Inter-Day-Analysen (n = 3) bestimmt. Diese Studie wurde bei zwei verschiedenen SAL-Konzentrationen (5,00 × 10 und 3,00 × 102 nmol/L) durchgeführt. Die relative Standardabweichung (RSD %) für die Intraday-Analyse betrug 2,61 % bzw. 1,52 %. Darüber hinaus betrugen die RSDs zwischen den einzelnen Tagen 2,85 % bzw. 3,50 %. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Präzision des GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3-Sensors akzeptabel und für elektrochemische SAL-Messungen geeignet ist. Um die Reproduzierbarkeit zu untersuchen, wurden drei dispergierte Modifikatorlösungen mit optimalen Werten hergestellt und anschließend die elektrochemische Reaktion der drei modifizierten Elektroden bei 3,00 × 102 nmol/L SAL bewertet. Die relative Standardabweichung von 1,88 % weist auf eine gute Reproduzierbarkeit des Sensors hin. Die Langzeitstabilität des Sensors wurde bestimmt, indem das Signal des Sensors in einem Zeitintervall von zehn Tagen gemessen und das Verhältnis des Signals an verschiedenen Tagen zum Signal der frischen Elektrode berechnet wurde. Die modifizierte Elektrode wurde nach der Herstellung im Kühlschrank aufbewahrt. Untersuchungen zeigten, dass der Sensor nach zehn Tagen gut stabil war (Abb. S5).

Um die Leistung und das Potenzial des GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3-Sensors zu charakterisieren, wurde der Nachweis von Salbutamol in Futterproben, Milch und Wurst durchgeführt. Tierfutter und Geflügelfutter wurden nach dem von Noosang et al. beschriebenen Verfahren als echte Probe behandelt. 37. Der Extraktionsprozess lässt sich wie folgt zusammenfassen: 1,0 g des Futters, dispergiert in 5,0 ml 0,20 mol/l Phosphorsäure und Methanol (1:4 v/v), wurden 15 Minuten lang mit Ultraschall behandelt und dann 10 Minuten lang bei 5000 U/min zentrifugiert . Der Überstand wurde abgetrennt und 1,0 ml 0,1 mol/l HCl zur Lösung gegeben, um Proteine ​​zu entfernen, gefolgt von einer 10-minütigen Zentrifugation bei 5000 U/min. Der Überstand wurde bei 60 °C getrocknet und der Rückstand wurde dann vor der elektrochemischen Bestimmung in 3,0 ml PBS (0,1 mol/L, pH = 5,0) gelöst. Um die Genauigkeit der Messungen zu bewerten, wurden verschiedene SAL-Konzentrationen (3,00 × 10 und 10,0 × 10 nmol/L) in die reale Probe gegeben und anschließend die SAL-Bestimmung in der Probe durchgeführt. Die Milch, die verschiedene Mengen Salbutamol enthielt, wurde analysiert. Die Milchprobe wurde nach der von Xia Niu et al. vorgestellten Methode hergestellt. Für diesen Zweck; Die Milch wurde 10-fach in 0,1 mol/L Phosphatlösung (pH = 5,0) verdünnt und dann 10 Minuten lang bei 10.000 U/min zentrifugiert. Der Überstand wurde zur Analyse verwendet38. Die Vorbereitungsmethode für Wurstproben wurde mit folgenden Maßnahmen angewendet. 1 g zerkleinerte Wurstprobe wurde über Nacht bei Raumtemperatur in 30 ml 0,01 mol/l HCl aufbewahrt. Nach der Entfernung der Niederschläge wurde der Überstand, einschließlich der zugesetzten bestimmten Menge Salbutamol, für die elektrochemische Analyse verwendet39. Wie in Tabelle 1 gezeigt, waren die erzielten Wiederfindungen zufriedenstellend und zeigen, dass der vorgeschlagene Sensor für die Salbutamol-Messung in realen Proben geeignet ist.

Analytische Parameter der SAL-Bestimmung mit dem GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3-Sensor wurden mit zuvor berichteten Arbeiten verglichen (Tabelle 2). Der vorgeschlagene Sensor hat einen linearen Konzentrationsbereich von bis zu zwei Größenordnungen, was durchaus zufriedenstellend und anderen überlegen ist. Die LOD ist niedriger (besser) oder fast ähnlich wie die von anderen berichteten. Auch die Präzision (RSD) unseres Sensors ist anderen überlegen. Daher ist der erzeugte Sensor hinsichtlich seiner Potenziale kostengünstig und zuverlässig. Darüber hinaus verfügt es über einen akzeptablen linearen Bereich und eine hohe Präzision. Aufgrund seiner guten Leistung wird es daher zur SAL-Bestimmung vorgeschlagen.

Ethylendiamin (EDA), Methylacrylat, Graphitpulver, Natriumnitrat, Schwefelsäure (95 %), Kaliumpermanganat, Wasserstoffperoxid (30 %), Salzsäure, Thioacetamid, Wismut(III)-nitrat-Pentahydrat, Salpetersäure, Dimethylformamid (99 %). ), Essigsäure (99,5 %), Natriumhydroxid (96 %), Aluminiumoxid (5 µm), Methanol, Kaliumchlorid, Phosphorsäure (85 %), Borsäure (99,5 %), K4[Fe(CN)6] ·3H2O und K2[Fe(CN)6] wurden von der Firma Merck (Darmstadt, Deutschland) geliefert. Salbutamol wurde vom Pharmaunternehmen Darou-Pakhsh (Teheran, Iran) geliefert. Tier- und Geflügelfutterprodukte wurden von der Vieh- und Geflügelfutterfabrik Tavanmehr (Kerman, Iran) gekauft. Milch und Würstchen wurden in einem örtlichen Lebensmittelgeschäft gekauft.

Voltammetrische Messungen wurden mit dem elektrochemischen Gerät PalmSens3 durchgeführt, das mit der Software PSTrace 4.8 (PalmSens Instrument BV, Houten, Niederlande) geliefert wurde. Das Instrument verfügt über ein Drei-Elektroden-System, das eine modifizierte GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 (Arbeitselektrode), eine Pt-Elektrode (Gegenelektrode) und eine 3,0 mol/L Ag/AgCl (Referenz)-Elektrode enthält. Die Anpassung des pH-Werts erfolgte mit einem digitalen pH-Meter Bp3001 (Trans Instruments, Singapur). Das Ultraschallbad RK-255-H (Bandelin Electronic. Co, Berlin, Deutschland) wurde zum Dispergieren und Homogenisieren der Bestandteile von Mischungen verwendet. Zum Trocknen des synthetisierten rGO wurde der Gefriertrockner LYOQUEST-85 (Telstar, Spanien) verwendet. Das synthetisierte Bi2S3 wurde im Vakuumofen FTVO-702 (Sci Finetech, Seoul, Korea) getrocknet. Die Morphologie des Nanokomposits wurde mithilfe von Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FE-SEM) (Sigma VP, ZEISS, Deutschland), EDX (Oxford Instruments plc, Tubney Woods, Abingdon, Großbritannien) und FT-IR (TENSOR 27, Brucker, Deutschland) spezifiziert. Instrumente. Die Design-Expert-Softwareversion 11.0 wurde zur Steuerung der Versuchsbedingungen, zur Reaktionsflächenmodellierung und zur Optimierung eingesetzt.

Als Modifikatoren wurden die optimalen Mengen an rGO, PAMAM und Bi2S3 verwendet, um die elektrochemische Leistung des Sensors zu verbessern. In den folgenden Abschnitten werden ihre Synthesemethoden beschrieben.

Zur Synthese von GO45 wurde die modifizierte Hummer-Methode verwendet. Kurz gesagt wurden 1,0 g Graphitpulver und 0,50 g NaNO3 in 23,0 ml 95 %iger H2SO4 gemischt, auf ein Eisbad gegeben und 30 Minuten lang gerührt. Dann wurden nach und nach 3,0 g KMnO4 zugegeben, um den starken Temperaturanstieg zu verhindern. Die Mischung wurde über Nacht bei 35 °C gerührt. Nach dem Rühren wurden 60,0 ml entionisiertes Wasser zugegeben und die Mischung erneut 14 Stunden lang bei 35 °C gerührt. Nach dem Absinken der Temperatur auf ein Abkühlungsniveau von Raumtemperatur wurden 500 ml entionisiertes Wasser hinzugefügt, gefolgt von 7,00 ml 30 %igem Wasserstoffperoxid (H2O2). Der Niederschlag wurde abgetrennt und mit 1,0 mol/L HCl-Lösung gewaschen und anschließend wurde der Waschvorgang mehrmals mit hochreinem Wasser fortgesetzt. GO-Pulver werden erhalten, nachdem das Endprodukt 6 Stunden lang unter Vakuum bei 50 °C getrocknet wurde.

Das reduzierte Graphenoxid wurde gemäß der veröffentlichten Arbeit von Xiaoyi Yan et al.21 synthetisiert. Das Syntheseverfahren war wie folgt: 30,0 ml wässrige Lösung mit 15 mg GO und 12 mmol/L Thioacetamid (TAA) wurden in einen 40 ml teflonbeschichteten Edelstahlautoklaven überführt. Die Reaktion war nach 8 Stunden bei 160 °C abgeschlossen. Abschließend wurde das erhaltene rGO zentrifugiert, mit hochreinem Wasser gewaschen und in einem Vakuum-Gefriertrockner getrocknet.

Das Bi2S3 wurde mit der von Yang Zhao et al.46 vorgeschlagenen Methode synthetisiert. Bei dieser Methode wurde Bi(NO3)3 in Gegenwart von TAA sonochemisch hydrolysiert. Zur Umsetzung dieser Methode wurden 75 mg TAA durch Ultraschallbehandlung in 40,0 ml destilliertem Wasser dispergiert. Dann wurden der TAA-Mischung nach und nach 5,00 ml einer 0,40 mol/l HNO3-Lösung mit 0,243 g Bi(NO3)3.5H2O zugesetzt und die resultierende Suspension eine Stunde lang gerührt. Anschließend wurde der Niederschlag in 20,0 ml DMF dispergiert und für 2 Stunden bei 150 °C in einen Autoklaven aus rostfreiem Stahl überführt. Abschließend wurde das synthetisierte Produkt mehrmals mit destilliertem Wasser gewaschen und in einem Vakuumofen bei 60 °C getrocknet.

Die PAMAM-Dendrimere wurden mit der von Janek Peterson et al.47 beschriebenen Methode synthetisiert. Im Wesentlichen umfasst das Verfahren zwei aufeinanderfolgende Schritte: Synthese von PAMAM-Dendrimeren mit Ester-Ende (halbe Generation) und Synthese von PAMAM-Dendrimeren mit Amino-Ende (vollständige Generation). Die Michael-Addition eines primären Amins an Methylacrylat und die Amidierung des erzeugten Multisatzes wurden mehrmals wiederholt, um höhere Generationen dendritischer PAMAM-Moleküle zu erzeugen (Abb. S6).

Vor der Modifizierung wurde die Glaskohlenstoffelektrode (GCE) mit einer Al2O3-Aufschlämmung (5 µm) auf einem Stück Stoff poliert, dann mit destilliertem Wasser gespült und bei Raumtemperatur getrocknet. Um den Modifikator herzustellen, wurden die optimierten Werte von PAMAM und Bi2S3 30 Minuten lang in einem Ultraschallbad gemischt und dann wurde eine bestimmte Menge rGO zur PAMAM/Bi2S3-Lösung hinzugefügt und 30 Minuten lang in einem Ultraschallbad gemischt. Die optimalen Werte für Modifikatoren wurden mithilfe der experimentellen Entwurfsmethode ermittelt. Dann wurden 8 µL der dispergierten rGO/PAMAM/Bi2S3-Lösung auf die Oberfläche von GCE getropft. Das GCE/rGO/PAMAM/Bi2S3 wurde in einem Ofen bei 40 °C getrocknet. Zum Vergleich wurden GCE/rGO und GCE/Bi2S3 auf ähnliche Weise hergestellt. Die modifizierten Elektroden wurden für elektrochemische Messungen verwendet.

Die elektrochemische Bestimmung von Salbutamol erfolgte mit der Differential-Puls-Voltammetrie-Methode (DPV) als hochempfindlicher elektrochemischer Methode. Die verschiedenen Parameter der Differential-Puls-Voltammetrie-Methode wurden für Salbutamol-Messungen optimiert und alle Messungen wurden unter optimalen Bedingungen durchgeführt. Zur Vorbehandlung wurde unter Rühren 300 s lang ein Potential von 0,50 V an die Elektrode angelegt. Nach 5 s Gleichgewichtszeit wurde der Potentialbereich + 0,20 bis + 1,10 V (gegen Ag/AgCl) angelegt. Die Pulsamplitude, Pulszeit und Scanrate betrugen 0,30 V, 5 ms bzw. 0,03 V/s. Als Grundelektrolyt wurden verschiedene Konzentrationen von Salbutamol in 0,1 mol/L Phosphatpuffer (pH = 5,0) bereitgestellt.

Diese Arbeit stellt ein neuartiges Dendrimer-basiertes Nanokomposit für die Herstellung des Sensors bei der Bestimmung von Salbutamol vor. Beim Aufbau des Sensors wurde eine Kombination aus rGO-, PAMAM- und Bi2S3-Nanomaterialien verwendet. Das am besten geeignete Zusammensetzungsverhältnis von Nanokompositkomponenten für die Sensorherstellung unter Berücksichtigung des Einflusses von Wechselwirkungen zwischen diesen Parametern wurde mithilfe des RSM ermittelt. Mithilfe von RSM wurden die optimalen Bedingungen für diese Faktoren theoretisch vorhergesagt und durch experimentelle Tests erfolgreich bestätigt. Entsprechend der Dendrimerstruktur von PAMAM wurde es bei der Herstellung des Nanokomposits verwendet, um die aktive Oberfläche des Sensors zu vergrößern. Experimentelle Beweise zeigen, dass die aktive Oberfläche des modifizierten Sensors (0,2310 cm2) fünfmal so groß ist wie die des bloßen GCE (0,0464 cm2). Das Vorhandensein von Agonisten wie Salbutamol in Tier- und Geflügelfutter kann beim Menschen zu einer akuten Vergiftung mit Symptomen wie Herzklopfen, Erbrechen, Kopfschmerzen, Muskelzittern, Muskelschmerzen, Nervosität, Schwindel, Schüttelfrost, Fieber und Übelkeit führen. Daher ist die Entwicklung eines Sensors zur schnellen, empfindlichen und genauen Bestimmung dieses Arzneimittels sehr wichtig. Dieser Sensor hat einen linearen Bereich, RSD, LOD und eine Empfindlichkeit von 5,00–6,00 × 102 nmol/L, 2,61 % und 1,52 %, 1,62 nmol/L bzw. 0,187 µA µM−1 cm−2, was mit oder besser kompatibel ist als die anderen Methoden. Die Anwendung des vorgeschlagenen Sensors für die Analyse realer Proben zeigt, dass er sich gut (sehr genau und präzise) für die Bestimmung von Salbutamol in Vieh- und Geflügelfutter-, Milch- und Wurstproben eignet. Die Komplexität von Fleischproduktproben und der damit verbundene schwierigere Prozess der Analytvorbereitung und -extraktion können die Sensorreaktion in diesen realen Proben beeinflussen. Daher ist der leichte Unterschied in der Leistung des Sensors in der Wurstprobe auf die Komplexität der Fleischprodukte zurückzuführen.

Die während der aktuellen Studie generierten und analysierten Datensätze sind über diesen Link verfügbar: https://drive.google.com/file/d/1h3A0r5_cU5-xDeQ4O8DjVKon-O23B48K/view?usp=share_link.

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Referenzen herunterladen

Die Autoren möchten diesen Artikel dem verstorbenen Alireza Afzalipour und seiner Frau Fakhereh Saba, den Gründern der Universität Kerman, widmen.

Fachbereich Chemie, Shahid Bahonar University of Kerman, Postfach 76175-133, Kerman, Iran

Mahshid Padash, Shahab Maghsoudi und Mehdi Mousavi

Young Researchers Society, Shahid Bahonar University of Kerman, Postfach 76175-133, Kerman, Iran

Mahshid Padash

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Die experimentelle Arbeit wurde von MP durchgeführt. Die Überprüfung der Ergebnisse und das Verfassen des Manuskripts wurde von allen Autoren durchgeführt.

Korrespondenz mit Shahab Maghsoudi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Padash, M., Maghsoudi, S. & Mousavi, M. Entwicklung von Wismutsulfid-Nanostäbchen und Polyamidoamin-Dendrimer auf reduziertem Graphenoxid als Elektroden-Nanomaterialien für die elektrochemische Bestimmung von Salbutamol. Sci Rep 13, 8902 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36028-0

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Eingegangen: 12. März 2023

Angenommen: 27. Mai 2023

Veröffentlicht: 01. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36028-0

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