Development of DI-INME-GC/MS Analysis Method for Steroid Hormones in Sweat using GO;PANI/PDA Adsorbent = GO;PANI/PDA 흡착제를 이용한 땀 속 스테로이드 호르몬의 DI-INME-GC/MS 분석법 개발

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Steroid hormones are involved in the body's metabolism, immunity, and sexual development in humans. Especially, these steroid hormones are important because they are prominent sports-doping agents. Steroids in the human body are detected for doping tests by sampling from urine, blood, and sweat, derivatization, and analysis using chromatography. In this study, a new method is proposed for analyzing steroid hormones in human sweat using the INME method. The fabricated INME needle containing a wire coated with newly synthesized adsorbent was immersed in the solution where steroid hormones were dissolved in solvent. Steroid hormones in human sweat were analyzed by direct immersion in needle microextraction (DI-INME) followed by gas chromatograph/mass spectrometry (GC/MS) using wires coated with graphene oxide (GO); polyaniline (PANI)/polydopamine (PDA). The target steroid compounds are nandrolone, β- estradiol, testosterone, and methyltestosterone. GO;PANI was electrodeposited on a stainless steel wire through cyclic voltammetry (CV) and then, PDA was coated by immersing in a weakly alkaline dopamine solution. The synthesis conditions of GO;PANI/PDA to fabricate INME-wire was successfully optimized as dopamine concentration of 3 g∙L-1, coating time of 24 h, and the length of 2 cm using response surface methodology (RSM). GO;PANI/PDA synthesized in optimized conditions was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TGA), field emission-scanning electron microscopy (FE-SEM), and BET (Brunauer, Emmett, Teller) Measurement. DI-INME analysis conditions for the detection of steroid hormones were optimized as an extraction time of 56 min, desorption time of 3 min, and dichloromethane: distilled water ratio of 10:5 using RSM. The limit of detection (LOD), limit of quantitation (LOQ), dynamic range, recovery, and reproducibility were determined to validate the new method using DI-INME-GO;PANI/PDA for steroid hormones. As a result, DI- INME-GO;PANI/PDA is simple to analyze, easy to fabricate, and economically reasonable.

국문 초록 (Abstract)

스테로이드 호르몬은 인간의 신진대사, 면역력, 성 발달에 관여합니다. 특히 스테로이드 호르몬은 대표적인 스포츠 도핑 물질이기 때문에 중요합니다. 도핑 테스트에서 인체 내 스테로이드를 검출하기 위해 소변, 혈액, 땀을 샘플링하고 유도체화하여 크로마토그래피로 분석합니다. 이 연구에서는 사람의 땀에서 스테로이드 호르몬을 분석하는 새로운 방법을 제안합니다. 흡착제가 코팅된 와이어가 포함된 새로 제작된 INME 바늘을 스테로이드 호르몬이 용매에 용해된 용액에 담지했습니다. Graphene oxide, polyaniline와 polydopamine이 코팅된 와이어를 사용하여 DI-INME-GC/MS로 사람 땀 속 스테로이드 호르몬을 분석했습니다. 표적 스테로이드 화합물은 nandrolone, β-estradiol, testosterone 및 methyltestosterone입니다. 순환 전압 전류법을 통해 스테인리스 스틸 와이어에 GO;PANI를 전착한 다음 약염기성 도파민 용액에 담가 PDA를 코팅했습니다. 새로운 스테로이드 분석용 INME wire를 제작하기 위해 도파민 농도 3 g∙L-1, 코팅 시간 24시간, 흡착제 길이 2cm로 반응 표면 분석법을 사용하여 GO;PANI/PDA를 합성했습니다. 최적의 조건에서 합성된 GO;PANI/PDA의 물리화학적 특성은 푸리에 변환 적외선 분광기, 열 중량 분석, 전계 방출 주사 전자 현미경 및 BET (Brunauer. Emmett, Teller)로 분석했습니다. 스테로이드 호르몬 검출을 위한 DI-INME 분석조건은 반응표면분석법을 사용하여 추출 시간 56분, 탈착 시간 3분, DCM:DW 비율 10:5로 최적화했습니다. 스테로이드 호르몬에 대한 DI-INME-GO;PANI/PDA를 사용한 새로운 분석법은 검출한계, 정량한계, 동적 범위, 회수율, 재현성 및 추출효율을 측정하여 검증했습니다. DI-INME-GO;PANI/PDA는 분석이 간단하고 제작이 쉬우며 경제적으로도 합리적인 분석방법인 것을 확인하였습니다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Experimental 5
• 2.1. Reagents and Materials 5
• 2.2. Fabrication of GO;PANI/PDA on a Wire 6
• 2.2.1. Synthesis of Graphene Oxide (GO) 6
• 2.2.2. Preparation of GO;PANI/PDA Adsorbent 7
• 2.2.3. Optimization of GP;PANI/PDA Fabrication Conditions Using RSM 8
• 2.3. Characterization of GO;PANI/PDA 9
• 2.3.1. Fourier Transform-Infrared Spectroscopy (FT-IR) 9
• 2.3.2. Thermogravimetric Analysis (TGA) 9
• 2.3.3. Field Emission-Scanning Electron Microscope (FE-SEM) 9
• 2.3.4. BET (Brunauer, Emmett, Teller) Measurement 10
• 2.4. Direct Immersion In-Needle Micro-Extraction (DI-INME) 10
• 2.4.1. DI-INME-GO;PANI/PDA Method 10
• 2.4.2. Optimization of DI-INME Conditions Using RSM 11
• 2.4.3. Analysis Conditions of Gas Chromatograph/ Mass Spectrometer (GC/MS) 11
• 2.4.4. Validation of DI-INME-GO;PANI/PDA Method 12
• 3. Results and Discussion 13
• 3.1. Optimization of GO;PANI/PDA Adsorbent Fabrication 13
• 3.2. Characterization of GO;PANI/PDA 14
• 3.2.1. Fourier Transform-Infrared Spectroscopy (FT-IR) 14
• 3.2.2. Thermogravimetric Analysis (TGA) 15
• 3.2.3. Field Emission-Scanning Electron Microscope (FE-SEM) 16
• 3.2.4. BET (Brunauer, Emmett, Teller) Measurement 16
• 3.3. Optimization of DI-INME-GO;PANI/PDA Analysis condition 17
• 3.4. Validation of Analysis Method 18
• 3.5. Comparison of Extraction Efficiency 19
• 4. Conclusion 21
• 5. Acknowledgment 22
• 6. References 23