Determination of Vitamin D by Sensor Technologies Based on Molecular Imprinted Polymers

Abstract

Vitamin D is an essential nutrient in the body; it plays important roles in human health. Both its lack and excess can have health risks. As a consequence, there is a great demand for development of simple and precise detection methods for vitamin D derivatives in different samples. Molecular imprinting polymers (MIPs) are artificial receptors that can recognize target molecules in solution. In this study, two different polymerization techniques were used to obtain MIP/NIP sorbents/films for the detection of vitamin D3. Firstly, molecular imprinted solid phase extraction (MISPE) method was proposed prior to HPLC-DAD analysis. Optimized parameters were as follows; sorbent amount of 5.0 mg for 5.0 mL of 1.0 mg/L vitamin D3 in 90:10 (v/v) ratio of H2O:MeOH solution, 5 hours sorption time and MeOH:HOAc ratio of 90:10 (v/v) as desorption solution. The accuracy of the method was verified with spike recovery test for PBS:MeOH in a ratio of 90:10 (v/v) and overall recovery was found as 85.1 (±4.3, n=3). In latter case, a quartz crystal microbalance (QCM) method was proposed for determination of vitamin D3. Electrochemical polymerization of poly(4-vinylpyridine) MIP/NIP films were achieved on gold working electrode by cyclic voltammetry (CV). Mass-transfer ability of the polymer films were analyzed by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The electrochemical QCM (eQCM) was used to develop thin polymer films on quartz crystals and vitamin D3 determination was achieved by QCM. In a preliminary test, as small a concentration as 0.0100 mg/L vitamin D was detected with the QCM method.

D vitamini vücut için önemli bir besindir ve insan sağlığında önemli rol oynar. Eksikliği de fazlalığı da sağlık açısından risk oluşturabilir. Bu sebeple, çeşitli numune matrikslerinde D vitamini türevlerinin tayini için basit ve kesin yöntemlerin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Moleküler baskılanmış polimerler, çözeltideki hedef molekülleri tanıyabilen yapay reseptörlerdir. Bu çalışmada, D3 vitamini tayini için MIP/NIP sorbentleri/filmleri elde etmek amacıyla iki farklı polimerizasyon tekniği kullanılmıştır. İlk olarak, HPLC-DAD analizinden önce moleküler baskılanmış katı faz ekstraksiyonu (MISPE) yöntemi önerilmiştir. Optimize edilmiş parametreler; 90:10 (v/v) H2O:MeOH numune matriksi, 5.0 mL 1.0 mg/L D3 vitamini için 5.0 mg sorbent miktarı, 5 saat sorpsiyon süresi ve 90:10 (v/v) MeOH:HOAc desorpsiyon çözeltisidir. Yöntemin doğruluğu, 90:10 (v/v) PBS:MeOH için geri kazanım testi ile doğrulanmıştır ve toplam geri kazanım 85.1 (±4.3, n=3) olarak bulunmuştur. İkinci kısımda, D3 vitamini tayini için kuvars kristal mikrobalans (QCM) yöntemi önerilmiştir. Poli(4-vinilpiridin) MIP/NIP filmlerinin elektrokimyasal polimerizasyonu, döngüsel voltametri (CV) ile altın çalışma elektrotu üzerinde gerçekleştirilmiştir. Polimer filmlerin kütle transfer kabiliyeti elektrokimyasal empedans spektroskopi (EIS) ile analiz edilmiştir. Elektrokimyasal QCM (eQCM), kuvars kristalleri üzerinde ince polimer film oluşturmak için kullanılmıştır ve D3 vitamini QCM ile tayin edilmiştir. Bu yöntem ile 0.0100 mg/L D3 vitamini miktarı belirlenebilmiştir.