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Polydopamine/graphene/MnO2 composite-based electrochemical sensor for in situ determination of free tryptophan in plants
Analytica Chimica Acta ( IF 6.2 ) Pub Date : 2021-02-01 , DOI: 10.1016/j.aca.2020.11.008
Jiepei Gao , Hongji Li , Mingji Li , Guilian Wang , Yongbing Long , Penghai Li , Cuiping Li , Baohe Yang

The in vivo detection of small active molecules in plant tissues is essential for the development of precision agriculture. Tryptophan (Trp) is an important precursor material for auxin biosynthesis in plants, and the detection of Trp levels in plants is critical for regulating the plant growth process. In this study, an electrochemical plant sensor was fabricated by electrochemically depositing a polydopamine (PDA)/reduced graphene oxide (RGO)-MnO2 nanocomposite onto a glassy carbon electrode (GCE). PDA/RGO-MnO2/GCE exhibited high electrocatalytic activity for the oxidation of Trp owing to the combined selectivity of PDA and catalytic activity of RGO-MnO2. To address the pH variability of plants, a reliable Trp detection program was proposed for selecting an appropriate quantitative detection model for the pH of the plant or plant tissue of interest. Therefore, a series of linear regression curves was constructed in the pH range of 4.0-7.0 using the PDA/RGO-MnO2/GCE-based sensor. In this pH range, the linear detection range of Trp was 1-300 μM, the sensitivity was 0.39-1.66 μA μM-1, and the detection limit was 0.22-0.39 μM. Moreover, the practical applicability of the PDA/RGO-MnO2/GCE-based sensor was successfully demonstrated by determining Trp in tomato fruit and juice. This sensor stably and reliably detected Trp levels in tomatoes in vitro and in vivo, demonstrating the feasibility of this research strategy for the development of electrochemical sensors for measurements in various plant tissues.

中文翻译:

基于聚多巴胺/石墨烯/MnO2复合物的电化学传感器原位测定植物中游离色氨酸

植物组织中活性小分子的体内检测对于精准农业的发展至关重要。色氨酸(Trp)是植物生长素生物合成的重要前体物质,检测植物中的色氨酸水平对于调节植物生长过程至关重要。在这项研究中,电化学植物传感器是通过将聚多巴胺 (PDA)/还原氧化石墨烯 (RGO)-MnO2 纳米复合材料电化学沉积到玻璃碳电极 (GCE) 上来制造的。由于PDA的选择性和RGO-MnO2的催化活性,PDA/RGO-MnO2/GCE对Trp的氧化表现出很高的电催化活性。为了解决植物的 pH 变化,提出了一种可靠的 Trp 检测程序,用于为感兴趣的植物或植物组织的 pH 值选择合适的定量检测模型。因此,使用基于 PDA/RGO-MnO2/GCE 的传感器在 4.0-7.0 的 pH 范围内构建了一系列线性回归曲线。在该pH范围内,Trp的线性检测范围为1-300 μM,灵敏度为0.39-1.66 μA μM-1,检测限为0.22-0.39 μM。此外,基于 PDA/RGO-MnO2/GCE 的传感器的实际适用性通过测定番茄果实和果汁中的 Trp 得到了成功证明。该传感器在体外和体内稳定可靠地检测西红柿中的色氨酸水平,证明了该研究策略在开发用于测量各种植物组织的电化学传感器方面的可行性。使用基于 PDA/RGO-MnO2/GCE 的传感器在 4.0-7.0 的 pH 范围内构建了一系列线性回归曲线。在该pH范围内,Trp的线性检测范围为1-300 μM,灵敏度为0.39-1.66 μA μM-1,检测限为0.22-0.39 μM。此外,基于 PDA/RGO-MnO2/GCE 的传感器的实际适用性通过测定番茄果实和果汁中的 Trp 得到了成功证明。该传感器在体外和体内稳定可靠地检测西红柿中的色氨酸水平,证明了该研究策略在开发用于测量各种植物组织的电化学传感器方面的可行性。使用基于 PDA/RGO-MnO2/GCE 的传感器在 4.0-7.0 的 pH 范围内构建了一系列线性回归曲线。在该pH范围内,Trp的线性检测范围为1-300 μM,灵敏度为0.39-1.66 μA μM-1,检测限为0.22-0.39 μM。此外,基于 PDA/RGO-MnO2/GCE 的传感器的实际适用性通过测定番茄水果和果汁中的 Trp 得到了成功证明。该传感器在体外和体内稳定可靠地检测西红柿中的色氨酸水平,证明了该研究策略在开发用于测量各种植物组织的电化学传感器方面的可行性。检测限为0.22-0.39 μM。此外,基于 PDA/RGO-MnO2/GCE 的传感器的实际适用性通过测定番茄水果和果汁中的 Trp 得到了成功证明。该传感器在体外和体内稳定可靠地检测西红柿中的色氨酸水平,证明了该研究策略在开发用于测量各种植物组织的电化学传感器方面的可行性。检测限为0.22-0.39 μM。此外,基于 PDA/RGO-MnO2/GCE 的传感器的实际适用性通过测定番茄水果和果汁中的 Trp 得到了成功证明。该传感器在体外和体内稳定可靠地检测西红柿中的色氨酸水平,证明了该研究策略在开发用于测量各种植物组织的电化学传感器方面的可行性。
更新日期:2021-02-01
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