Автореферат (1150337), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Фоновый электролитсостоялиз5∙10-4Мферроценметанолав0,1Мрастворефосфатногобуфера(NaH2PO4+Na2HPO4) (pH 7), объем ячейки составлял 1 мл. Выбор фонового электролитаобусловлен потребностью в измерении концентрации глюкозы в биологических средах. Вкачестве аналитического сигнала был выбран ток окисления ферроценметанола на электроде,который пропорционален концентрации глюкозы в растворе (рисунок 7).13Рисунок 7. Вольтамперные зависимости для биосенсора на основе наноструктур золота припоследовательном увеличении концентрации глюкозы в растворе с 0 до 20 мМИз полученных данных, по циклическим вольтамперограммам, была построена градуировочнаязависимость тока окисления ферроценметанола от концентрации глюкозы (рисунок 7).Рисунок 8. Градуировочная зависимость для биосенсора на основе наноструктур Au (а), атакже градуировочная зависимость для биосенсора на основе тонкопленочного золотогоэлектрода (б) (зависимость высоты пика окисления ферроценметанола от концентрацииглюкозы).Сравнение данных, приведенных на рисунке 8а-б, показывает, что биосенсор на основенаноструктур золота, обработанных реагентом Меервейна характеризуется в 2 раза большейчувствительностью, по сравнению с биосенсором на основе тонкопленочного электрода.
Такоеувеличениечувствительностиможнообъяснитьувеличениемплощадиэффективнойповерхности, что привело к увеличению количества иммобилизованной глюкозоксидазы.Аналитические характеристики биосенсора приведены в таблице 2.14Таблица 2. Аналитические характеристики биосенсора на основе наноструктур золота. ЛИ –линейный интервал; ПО – предел обнаружения; S – чувствительность; Eдет – потенциалдетектирования; НЧ – наночастицы; GOX –глюкозоксидаза;МодификаторСтабильностьЛИ, мMS, мкA·мM-1cм-2ПО, мMНС Au0,06 – 18,515,00,0293% (60)НЧ Au0,02-5,78,80,008270% (30)[6](НЧ Au)60,01-135,70,00885% (28)[7]0,2-1,810,50,06495% (14)[8]электродамультислоиграфенаСсылка(дней)наст.работаОдной из важнейших характеристик биосенсора является его стабильность во времени.Изучение стабильности биосенсора проводили в течение 60 дней, с периодичностью 5 дней винтервале концентраций 0,06-18,5 мМ. На рисунке 9 представлена динамика относительнойчувствительности биосенсора (отношение величины чувствительности, полученной через Nднейкзначению,измеренномувначальныйпериодвремени)наосновенаноструктурированного электрода и тонкопленочного золотого.
Спустя 60 дней биосенсор наосновенаноструктурзолота,обработанныхреагентомМеервейнапоказалзначениеотносительной чувствительности 93%, в то время как относительная чувствительностьбиосенсора на основе тонкопленочного золотого электрода снизилась до 67%. Это связано стем, что, наноструктуры золота предотвращают денатурацию молекул глюкозоксидазыиммобилизованной на поверхности. За счет малой площади контакта с поверхностью непроисходит изменение конформации молекулы глюкозоксидазы.
В то время как нанемодифицированных электродах изменение конформации приводит к изменению расстояниямежду редокс-центрами фермента, и, следовательно, к денатурации молекулы глюкозоксидазы.Также доказательством сохранения активности глюкозоксидазы после иммобилизации на15поверхности электрода служит рассчитанное значение кажущейся константы Михаэлиса(Kmapp). Кажущуюся константу Михаэлиса рассчитывали из полученных градуировочныхзависимостей для глюкозы. Значение Kmapp составило 10,5 мМ. Это значение Kmapp больше 1мМ, что свидетельствует о том, что активность глюкозоксидазы сохранилась послеиммобилизации.Рисунок9.Динамикаотносительнойчувствительностибиосенсоранаосновенаноструктурированного электрода (1) и тонкопленочного золотого электрода (2).Селективность биосенсора определялась по отношению к мочевой кислоте, этанолу иаскорбиновой кислоте (таблица 3). Такой выбор объясняется тем, что данные вещества обычнооказывают мешающее влияние на получение сигнала в биосенсоре для определения глюкозы.Таблица 3.
Влияние биологически активных веществ на отклик биосенсора на основенаноструктур золота в присутствии 1,5 мМ глюкозы в растворе. % отклика биосенсора –отношение сигнала в присутствии мешающего вещества к сигналу в его отсутствие.Мешающее веществоОтклик биосенсора, % (n=3)GOx-AuNPМочевая кислота, 2,5 мM98Этанол, 0,1 v/v %101Аскорбиновая кислота, 2,5111мMДля проверки работы сенсора на реальных объектах было проведено определение глюкозы всыворотке крови человека (Sigma Aldrich) методом введено-найдено (таблица 4).
Образецразбавляли в 10 раз в растворе фонового электролита.16Таблица 4. Определение глюкозы методом введено-найдено.Начальнаяконцентрация глюкозыВведено глюкозы,в образце сывороткимMНайдено глюкозы, мMОпределеноглюкозы, мMкрови, мM,0,640,501,130,49±0,010,643,03,522,88±0,120,646,06,585,94±0,060,6412,012,4511,81±0,24Приведенные в таблице 4 результаты абсолютной погрешности найденных концентрацийглюкозы приводят к выводу о соответствии введенных и найденных концентраций.4. Исследование аналитических характеристик наноструктурированных УМЭ на примеребесферментного определения пероксида водородаВ качестве фонового электролита был выбран 0,1 М фосфатный буферный раствор(NaH2PO4+Na2 HPO4) с pH 7,2, который обычно используется при биохимическихисследованиях. Объем ячейки для измерений методом циклической вольтамперометриисоставлял 1 мл, а для измерений методом амперометрии – 100 мкл.
Подводящие контакты УМЭизолировались полиимидом для предотвращения соприкосновения с раствором. Выбор условийизмерения был проведен методом циклической вольтамперометрии на наноструктурированныхУМЭ Au, Pd и сплава Pd-Au (см. рисунок 10) в растворе фонового электролита. Потенциалывосстановления окисленной поверхности наноструктурированных УМЭ для Au и Pd составилиплюс 0,48 и минус 0,2 В соответственно (см.
рисунок 10а-б). В присутствии пероксида водороданаблюдаетсяувеличениекатодныхтоковдляметалловвосстановлением адсорбированного пероксида водорода.17иихсплавов,вызванноеРисунок 10. (а) Циклическая вольтамперограмма наноструктурированного УМЭ Au в фоновомрастворе (черная линия) и наноструктурированного УМЭ сплава Pd-Au (красная линия). (б)Циклическая вольтамперограмма наноструктурированного УМЭ Pd в фоновом растворе(черная линия) и наноструктурированного УМЭ сплава Pd-Au (красная линия). (в) Циклическаявольтамперограмма для нанопроволоки сплава Pd-Auв растворе фонового электролита(черная линия) и в растворе 10-2 М H2O2 (красная линия).
(г) Амперограмма для построенияградуировочных зависимостей при потенциале детектирования минус 0,05 мВ. (д)Градуровочный график для определения пероксида водорода на наноструктурированном УМЭсплава Pd-Au. (е) Оптическая фотография наноструктурированного УМЭ Pd-Au.Потенциалывосстановленияизоксидныхформнакатоднойветвициклическихвольтамперограмм в сплаве для Pd и Au (см. рисунок 10в) были определены как -0,12 В и 0,05 Всоответственно. Для амперометрического определения пероксида водорода (см. рисунок 10г-д)на наноструктурированном УМЭ состава Pd-Au (см.
рисунок 10е), на основе информации,полученной из циклических вольтамперограмм, был выбран потенциал измерений -0,05 В.Амперометрическое определение пероксида водорода проводилось в фоновом растворефосфатного буфера (pH 7,2) в ячейке объемом 100 мкл. Также, в качестве сравнения,определениепероксидаводородадетектирования плюс 0,48 Впроводилосьэтимжеметодомприпотенциалахна наноструктурированном УМЭ Au и минус 0,2 В нананоструктурированном УМЭ Pd. В соответствии с чем и были построены градуировочныезависимости (см.
рисунок 11).18Рисунок 11. Градуировочные зависимости длябесферментных сенсоров на основенаноструктурированных УМЭ Au (а) и Pd (б).Аналитические характеристики бесферментных сенсоров для определения пероксида водородана наноструктурированных УМЭ Pd, Au и Pd-Au приведены в таблице 5.Таблица 5. Аналитические характеристики бесферментных электрохимических сенсоров дляопределения пероксида водорода. ЛИ – линейный интервал; ПО – предел обнаружения; S –чувствительность; Eдет – потенциал детектирования; НЧ – наночастицы; НС –наноструктуры; МУНТ – многостенные углеродные нанотрубки; ПАН – полианилин; ОГ оксид графена.модификаторЛИ, МПО, МS, мА∙мМ-1∙см-2Eдет, ВНС УМЭ Au2,0·10-4÷1,0·10-25,9·10-50,0520,48НС УМЭ Pd1,0·10-5÷7,9·10-36,0·10-60,162-0,2НС УМЭ Pd/Au1,0·10-6÷1,0·10-32,4·10-74,176-0,05НЧ Au73Ag271,0·10−5÷7,0·10−51,0·10-60,008 мА∙мМ-1-0,65[9]НЧ Pd1,0·10−6÷8,2·10−46,8·10-7--0,45[10]НЧ Pt/МУНТ-ПАН7,0·10−6÷2,5·10−32,0·10-60,748-0,25[11]НЧ Ag /хитозан-ОГ6,0·10−6÷1,8·10−27,0·10-70,0624 мА∙мМ-1-0,40[12]электрода19СсылкаданнаяработаданнаяработаданнаяработаВеличина потенциала детектирования для наноструктурированного УМЭ сплава Pd/Auуменьшилась на 400 мВ по сравнению с сенсором на основе наносчастиц палладия.Чувствительность наноструктурированного УМЭ Pd/Au увеличилась на два порядка посравнению с электродом, модифицированным наночастицами серебра, хитозаном и оксидомграфена, и на три порядка – наночастицами сплава Au/Ag.
Наноструктурированный УМЭ Pd/Auпоказал более низкий предел обнаружения, чем электрод, модифицированный наночастицамипалладия.Такимобразом,бесферментныйэлектрохимическийсенсорнаосновенаноструктурированного УМЭ сплава Pd-Au продемонстрировал высокую чувствительность ипоказал более низкий предел обнаружения пероксида водорода при низком потенциаледетектировния.Для проверки биосовместимости бесферментного электрохимического сенсора для определенияпероксида водорода был использован метод гипоксии клеточных культур на поверхностиподложки с наноструктурированном УМЭ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
