Redoxní procesy insulinu na uhlíkových tištěných elektrodách

Bc. Pavla Seveldová

Bachelor's thesis

Redox processes of insulin on screen printed carbon electrodes

Abstract:

Předkládaná bakalářská práce se zabývá elektrochemickým stanovením inzulinu na tištěných uhlíkových elektrodách (sreen-printed carbon electrodes – SPCEs) s povrchovou modifikací uhlíkovými nanovlákny (CNF-SPCE) nebo bizmutovými nanočásticemi Bi2O3 (Bi-SPCE). Ve vybraných pufrovaných prostředích byly při pozitivních polarizacích elektrod snímány cyklické voltamogramy a odpovídající signály inzulinu (human inzulin, HI) byly vyhodnocovány v závislosti na složení pufru (fosfátový pufr; FA - fosfátový-acetátový pufr; PBS - Phosphate Buffered Saline), na pH, iontové síle a na koncentraci samotného HI. Bylo zjištěno, že inzulin se při potenciálech kolem ~ 0.6 V (vs. pseudoreferenční stříbrná elektroda) na obou modifikovaných elektrodách oxiduje a posun oxidačních potenciálů se zvyšující se jeho koncentrací potvrdil ireverzibilitu elektrodového děje. Změny hodnot anodických potenciálů i se změnou pufru indikovaly zvýšenou energetickou náročnost oxidačního procesu v pořadí fosfátový pufr  FA pufr  PBS. Oxidační chování inzulinu na obou typech elektrod bylo vyhodnoceno i z hlediska vlivu iontové síly prostředí; vyšší iontová síla znesnadňovala oxidační proces inzulinu. Velmi zajímavé bylo zjištění, že v prostředí FA pufru inzulin poskytuje na obou typech modifikovaných elektrod oxidační signály v celém rozsahu pH (1,82-10,99). S rostoucím pH docházelo k posunu oxidačních signálů inzulinu do oblasti negativnějších hodnot, což znamená, že oxidace inzulinu se vzrůstem pH je usnadněna. Provedená závislost potenciálu píku (Ep) vs. pH ukázala, že oxidační mechanismus inzulinu je totožný s oxidačním mechanismem tyrosinu (-2e-, -2H+), a to na obou typech modifikovaných elektrod. Tudíž byl podán jasný důkaz, že právě tato aminokyselina je zodpovědná za oxidační signál inzulinu. Z provedených koncentračních ani pH závislostí se sice nepodařilo elektrochemicky rozlišit monomerní a dimerní strukturu inzulinu, ale na základě získané koncentrační závislosti inzulinu byly stanoveny limity detekce (LODs). Nejnižší hodnotu LOD HI (1,2µM) poskytovala CNF-SPCE v prostředí FA pufru o iontové síle 0,2 M.

Abstract:

The presented bachelor thesis deals with electrochemical determination of insulin on printed carbon electrodes (SPCEs) with surface modification by carbon nanofibers (CNF-SPCE) or bismuth nanoparticles Bi2O3 (Bi-SPCE). Cyclic voltammograms were taken in selected buffered media with positive electrode polarizations and the corresponding insulin signals (human insulin, HI) were evaluated depending on the buffer composition (phosphate buffer; FA - phosphate-acetate buffer; PBS - Phosphate Buffered Saline), to pH, ionic strength, and the concentration of HI. It was found that insulin oxidizes at potentials around ~ 0.6 V (vs. pseudoreferenced silver electrode) on both modified electrodes, and the shift of oxidation potentials with increasing concentration confirmed the irreversibility of the electrode process. Changes in the values of anodic potentials and with a change in the buffer indicated an increased energy intensity of the oxidation process in the order of phosphate buffer  FA buffer  PBS. The oxidation behavior of insulin on both types of electrodes was also evaluated in terms of the influence of the ionic strength of the environment; higher ionic strength made the oxidation process of insulin more difficult. It was very interesting to find that in the FA buffer environment, insulin provides oxidation signals on both types of modified electrodes in the entire pH range (1.82-10.99). With increasing pH, the oxidation signals of insulin shifted to a more negative range, which means that the oxidation of insulin with increasing pH is facilitated. Performed peak potential dependence (Ep) vs. The pH showed that the oxidation mechanism of insulin is identical to the oxidation mechanism of tyrosine (-2e-, -2H+) on both types of modified electrodes. Thus, clear evidence has been provided that this amino acid is responsible for the oxidative signal of insulin. Although the monomeric and dimeric structure of insulin could not be electrochemically distinguished from the performed concentration or pH dependences, the limits of detection (LODs) were determined based on the obtained insulin concentration dependence. The lowest value of LOD HI (1.2µM) was provided by CNF-SPCE in FA buffer with an ionic strength of 0.2 M.

Keywords

Inzulin, Oxidace, Cyklická voltametrie (CV), Voltametrie s lineárně se měnícím potenciálem (LSV), Tištěná uhlíková elektroda (SPCE)

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 6. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 22. 6. 2022
• Supervisor: RNDr. Mgr. Iveta Třísková, Ph.D.
• Reader: Mgr. Luděk Havran, Dr.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Chemistry / Biophysical Chemistry