A Selective determination of Levodopa in the presence of Uric Acid and Ascorbic Acid Using a Glassy Carbon Electrode Modified with Graphene

Abstract

파킨슨 병은 만성적인 신경퇴화 질병으로 중뇌의 특정 부분에서 도파민(화학적 신경전달 물질)을 충분히 합성하지 못하여 점진적인 운동장애를 초래하는 질병이다. 이는 근육의 떨림이나 경직, 균형감의 상실과 같은 증상을 동반한다. 도파민은 뇌혈관 장벽을 통과하지 못하므로 직접 체내로 주입되었을 때 이 심각한 질병의 치료제로서 효과적으로 사용되지 못한다. 레보도파는 1960년대에 파킨슨병의 치료에 혁신을 가져왔다. 레보도파는 카테콜아민의 하나로 도파민의 중요한 전구체이다. 이것은 도파민과 달리 뇌혈관 장벽을 통과하여 효소 반응에 의해 대사됨으로써 뇌에서의 도파민의 농도를 증가시킬 수 있다. 그러나 레보도파의 대사는 중추신경계뿐만 아니라 말초신경계에서도 일어나므로 이것의 만성적인 투여는 구토, 메스꺼움, 이상 운동증과 같은 부작용을 동반한다. 또한 많은 임상실험을 통해 레보도파의 강한 독성에 대한 연구가 보고되고 있다. 그러므로 레보도파를 검출하는 간단하고 경제적이며 정확한 분석 방법이 매우 필요하다고 볼 수 있다. 레보도파와 같은 카테콜아민은 전기화학적 활성이 있으므로 전기화학적인 방법으로 산화될 수 있다. 그러나 대부분의 전극은 레보도파의 전기화학적 산화에 있어서 전자전달 속도가 느리고 높은 과전압을 나타낸다. 또한 체액에 다량 포함된 아스코르브산이나 요산과 같은 생분자의 산화전압은 레보도파의 산화전압과 매우 비슷하여 레보도파를 혼합용액에서 선택적으로 검출하는 것이 어렵다. 따라서 수정 전극을 통한 레보도파의 선택적 검출이 필요하다. 그래핀은 탄소 원자의 sp2 결합으로 이루어진 한 층의 막으로 이루어진 이차원 평면구조를 가지는 물질이다. 그래핀의 넓은 표면적, 뛰어난 전자전달 능력, 높은 전기전도성과 같은 우수한 성질은 전기화학적 연구를 위한 전극재료의 새로운 시대를 여는데 큰 기여를 하였다. 본 연구에서는 화학적인 산화환원 방법으로 그래핀을 합성하고 이를 이용하여 그래핀 탄소 유리 전극을 제조하였다. 이러한 전기화학적 바이오센서는 순환 전압전류법과 시차펄스 전압전류법을 이용하여 레보도파의 전기화학적 거동을 연구하는데 사용되었고 그 결과 탄소 유리 전극에 비해 레보도파의 전기화학적 산화 신호가 크고 분명하게 나타났다. 또한 그래핀 탄소 유리 전극은 높은 농도의 아스코르브산과 요산이 함께 혼합되어 있는 용액에서 레보도파를 선택적으로 검출할 뿐만 아니라 정량적인 농도 결정이 가능함을 확인하였다. 최적 조건 하에서, 산화 피크의 전류 값은 레보도파 농도 2.0 × 10-6 M ~ 1.0 × 10-4 M의 범위 내에서 농도에 선형적으로 비례하였으며, 검출 한계는 1.1 × 10-6 M 이었다. 마지막으로, 본 연구에서 개발한 전극은 실제 소변내의 레보도파의 농도를 검출하는 데에도 성공적으로 적용할 수 있었다. 또한, 실제 판매되고 있는 레보도파의 농도 검출을 확인함으로써 이 그래핀 탄소 유리 전극은 실제 샘플에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.