Получение модифицированной золь-гель матрицы поливинилового спирта и использование ее в медиаторном биосенсоре.
Ключевые слова: поливиниловый спирт, золь-гель матрица, формилферроцен
Амперометрические биосенсоры — самые распространенный и успешно развивающийся в коммерческом плане класс приборов биомолекулярной электроники. Их разделяют на три основных класса.
- Основанный на электрохимической регистрации убыли или образования продукта одного из субстрата ферментативной реакции;
- Использование медиаторного переноса электронов;
- Осуществление прямого переноса электронов между белком и электродом.
Вторая группа амперометрических биосенсоров включает в себя датчики, использующие в качестве переносчиков электронов альтернативные окисляющие агенты — медиаторы. В общем случае, медиатор — это низкомолекулярная окислительно-восстановительная пара, переносящая электрон между редокс-центром фермента и рабочим электродом [1].
Медиаторы разделяют на две группы: «натуральные» и «искусственные». Как правило, к распространенным «искусственным» медиаторам относятся ферроцен и его производные, которые способны к обратимым окислительно-восстановительным реакциям.
Для работы с медиаторами можно прибегнуть к двум способам введения: 1 — непосредственное добавление в измеряемый раствор; 2 — иммобилизация на поверхность электрода. Первый вариант более простой в исполнении, но является нетехнологичным, а в некоторых случаях и нестабильным. Поэтому оптимален второй вариант — это иммобилизированные медиаторы.
Однако при иммобилизации на поверхность электрода медиатора возникает проблема, связанная с низкой стабильностью такого датчика, в результате растворимости медиатора. Когда сенсор погружают в водный раствор, нерастворимый медиатор, например ферроцен, находится на поверхности. Но при прикладывании потенциала образуются катионы ферроцения, которые вымываются, растворяясь в водных растворах и тем самым уменьшая количество медиатора на поверхности электрода, что соответственно сказывается на отклике сенсора [2].
Для предотвращения вымывания медиатора был разработан и исследован проводящий полимер, модифицированный медиатором.
В качестве полимера был выбран поливиниловый спирт, который модифицировали формилферроценом с помощью реакции:
Реакцию ацеталирования ПВС формилферроценом проводили в водно-спиртовой среде, которая обеспечивает хорошую растворимость всех компонентов. Для модификации использовали раствор ПВС, предварительно сшитый УФ-облучением. В качестве катализатора использовали соляную кислоту. В процессе модификации поддерживали инертную атмосферу, т. к. в кислой среде производные ферроцена легко окисляются кислородом воздуха в ферроцений-катион. Мольное соотношения формилферроцен: ПВС — 1:44.
В модифицированную золь-гель матрицу ПВС иммобилизировались бактерии Gluconobacter oxydans, для формирования биорецепторного элемента сенсора.
Микробный биосенсор сформировали, наполнив приготовленной пастой «графитовая пудра–минеральное масло» пластиковую трубку. Пластиковая трубка содержала серебряную проволоку для электрического контакта с частицами графита. На поверхность электрода с помощью клея высокой проводимости наклеивали высушенный иммобилизованный биокатализатор.
Далее проводили испытания биосенсора, а также регистрацию ответов на различные субстраты. Регистрацию ответов сенсоров проводили по двухэлектродной схеме. В качестве рабочего электрода служил угольно-пастовый электрод с иммобилизованными клетками бактерий Gluconobacter oxydans, а электродом сравнения был насыщенный хлорид-серебряный. Измерения проводили в калий-натрий-фосфатном буфере с pH 6,0 при постоянном потенциале -200 мВ.
На основе ПВС, модифицированного формилферроценом, был создан медиаторный биосенсор, который был стабилен в течение 14 дней и давал ответы на растворы глюкозы и первичных спиртов.
Все больше внимания уделяется медиаторным биосенсорам и использованию различных медиаторов электронного транспорта. В данной работе в качестве медиатора рассматривается формилферроцен ковалентно связанный с поливиниловым спиртом, как токопроводящий полимер. Такие полимеры находят применение в биотехнологии и электрохимии, потому что они обеспечивают высокую электрическую проводимость и высокую пластичность.
Литература:
- Бабкина Е. Е. Кинетические закономерности функционирования медиаторных биосенсоров на основе бактерий G. oxydans. дис…..канд. хим. наук: 02.00.04 / Бабкина Елена Евгеньевна. — Тула, 2006. — 129 с.
- Дзядевич С. В. Амперометрические биосенсоры. Основные принципы работы и особенности датчиков разных генераций / С. В. Дзядевич // Биополимеры и клетка. — 2002. — 18. — № 1. — С. 13–25.
