Л Ковалишин, Б Остапович, Є Ковальчук - Електрохімічні властивості акрифлавіну - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

Серія хім. 2005. Bun. 46. С. 277-281

VISNYKLVIV UNIV. Ser. Khim. 2005. No 46. P. 277-281

УДК 541.13

ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ АКРИФЛАВІНУ

ТА ЗАСТОСУВАННЯ ПРОДУКТІВ ОКИСНЕННЯ ПРИ ВИГОТОВЛЕННІ ПЛАТФОРМ БІОСЕНСОРІВ

Л. Ковалишин, Б. Остапович, Є. Ковальчук

Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна

Методом циклічної вольтамперометрії досліджено поведінку акрифлавіну (2,7-диаміно-акридину) у водних розчинах. Продукти окиснювальної конденсації використано як плат­форми при виготовленні глюкозооксидазних сенсорів. Методом циклічної вольтамперометрії досліджено поведінку цих сенсорів. Отримано амперометричні відклики глюкозооксидазного сенсора на вміст субстрату в розчині.

Ключові слова: акрифлавін, циклічна вольтамперометрія, окиснення, біосенсори.

Аміноакридини найбільше цікавлять дослідників. Розроблено багато методів їх одержання, тому що вони відіграють важливу роль як барвники і лікарські препарати [1, 2]. Зацікавлення сполуками акридину пов'язане також і з тим, що деякі з них мають доволі рідкісну властивість - хемілюмінесценцію ("холодне свічення") [3]. Важливим є також дослідження можливості застосування аміноакридинів для аналізу біологічних об'єктів та при виготовленні платформ біосенсорів.

Електрохімічне виготовлення біосенсорів можна проводити двома різними способами. Перший з них полягає в тому, що полімерний шар утворюється безпосередньо на електроді (наприклад, при полімеризації акрифлавіну), а створення шару з селективною проникливістю відбувається до або після додавання розчину ензиму, який іммобілізують глутароальдегідом. Згідно з другим шляхом вкраплення ензиму в зростаючу полімерну сітку відбувається співполімеризацією ензиму і моно­мера. Електрохімічно синтезовані полімерні шари суттєво відрізняються за своїми властивостями залежно від природи матеріалу електрода й умов полімеризації [4] Велика кількість ензимів або інших біомолекул може бути іммобілізована фізично на численних електропровідних полімерах. Це найпростіший метод іммобілізації ензимів. Зв' язування між частинками полімера й ензиму відбувається завдяки утворенню водневих зв' язків, дії сил Ван дер Ваальса чи іонної взаємодії.

Інформацію про шляхи окиснення-відновлення можна отримати методом циклічної вольтамперометрії, оскільки кожному редокс-процесу відповідають певні значення потенціалів. Крім того, в одному досліді можна виконати поперемінне окиснення-відновлення електроактивних речовин. Цим можна скористатись для глибшого вивчення перенесення електронів у процесах окиснення-відновлення.

Ми проводили електрохімічне окиснення акрифлавіну у водних розчинах. Акрифлавін марки "ALDRICH" використовували без додаткового очищення.

© Ковалишин Л., Остапович Б., Ковальчук Є., 2005

Процеси електрохімічного окиснення акрифлавіну досліджували методом циклічної вольтамперометрії за допомогою комплексу апаратури для електрохімічних досліджень. Як робочий електрод використовували дисковий скловуглецевий, допоміжний - платиновий, а електрод порівняння - насичений хлорсрібний електрод. Потенціал сканували в межах від -1,0 до +2,0 В щодо насиченого хлорсрібного електрода.

Для досліджень використали водні розчини акрифлавіну. Циклічні вольтампе-рограми знімали після деаерації розчинів аргоном протягом 15-20 хв.

Згідно з результатами вольтамперометричних досліджень водних розчинів 2,7-диаміноакридину відбуваються процеси електрохімічного окиснення-відновлен-ня, швидкість яких збільшується зі збільшенням швидкості розгортки потенціалу, що свідчить про те, що ці процеси лімітуються дифузією електроактивної речовини до поверхні електрода.

На циклічних вольтамперограмах розчинів акрифлавіну у воді при розгортці потенціалу в анодну ділянку простежується максимум при +1,2 В, поява якого, очевидно, зумовлена відщепленням одного електрона з розривом С=С-зв'язку й утворенням катіон-радикала:

CH3 CH3 (1)

У ділянці потенціалів (-0,3)-(+0,4) В простежується оборотне окиснення акрифлавіну за місцем амінного нітрогену з перенесенням електрона із 28-рівня атома нітрогену амінної групи [5] згідно з рівнянням:

(2)

-104

-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

Потенціал, В

Рис. 1. ЦВА електрохімічного окиснення водного розчину 2,7-диаміноакридину (0,02 М) на Pt електроді. Швидкість розгортки потенціалу 50 мВ/с

Дані ЦВА свідчать про те, що швидкість другого процесу є низькою, оскільки струми відповідних піків дуже низькі.

Крім того, в ході циклювання простежується доволі різке зменшення струмів максимуму при потенціалах +1,0-+1,2 В. Це свідчить про блокування поверхні електрода продуктами з низькою електропровідністю, які, очевидно, утворюються в результаті димеризації або полімеризації радикалів, утворених у результаті реакції (1).

Продукти окиснення акрифлавіну використали як платформи при конструю­ванні амперометричного біосенсора. Для цього використовували: водний розчин акрифлавіну концентрацією 0,02 моль/л; глюкозооксидазу (ГОД) з активністю 85 од./мг; а також для досліджень і приготування розчинів використовували фосфат­ний буфер (KH2PO4 - Na2HPO4 • 12H2O) із рН = 7,4. Дослідження проводили в елек­трохімічній чарунці з використанням триелектродної системи: робочим електродом був дисковий платиновий електрод, діаметром 3 мм; хлорсрібний електрод порів­няння та допоміжний платиновий електрод. Проводили 10 сканувань потенціалу в інтервалі -0,2-+1,5 В, швидкість розгортки 50 мВ/с.

На поверхню плівки продукту окиснення акрифлавіну методом адсорбції з розчину наносили фермент (глюкозооксидаза вОх), який іммобілізувався глутаровим альдегідом для покращення стабільності. Для запобігання змивання адсорбованих ферментних протеїнів на поверхню електрода накладали діалізну плівку, яка є проникною для молекул субстрату та низькомолекулярних продуктів реакції. Кожен виготовлений так сенсор містив 20 біологічно активних одиниць глюкозооксидази. Після конструювання сенсори промивали в фосфатному буферному розчині (рН = 7,4) не менше 2 год.

Електрохімічну поведінку глюкозооксидазних сенсорів досліджували методом циклічної вольтамперометрії. На рис. 2, а зображено циклічну вольтамперограму сенсора в фосфатному буферному розчині. При додаванні до буферного розчину 20 мМ глюкози (рис. 2, б) на циклічній вольтамперограмі простежувалась поява двох максимумів окиснення - при +0,4-+0,6 В та +0,7-+0,8 В.

Згідно з літературними даними [6] перший з цих максимумів відповідає процесу окиснення пероксиду водню. Останній утворюється під час ферментативної реакції глюкози та розчиненого у воді кисню. Отож, сила струму цього піка буде пропорційна кількості пероксиду водню і, відповідно, концентрації субстрату. Тому для отримання амперметричного відклику вибрали значення потенціалу +0,6 В стосовно насиченого хлорсрібного електрода.

На рис. 3 зображено криві залежності струму відклику електрохімічної чарунки від концентрації глюкози у фосфатному буфері при потенціалі +0,6 В. Додавали різні кількості глюкози до перемішуваного фосфатного буферного розчину з рН=7,4. Числа над стрілками позначають концентрації глюкози (у ммоль/л) після додавання чергової її порції до буферного розчину.

Як видно з одержаних результатів, такий сенсор виявляє доволі високу чутливість до мінімальних концентрацій глюкози в розчині. На залежності струму насичення від концентрації субстрату прямолінійна залежність простежується в межах концентрацій глюкози 1-10 мМ/л.

При вищих концентраціях струм зростає незначно і досягає свого граничного значення, що очевидно зумовлено тим, що при високих концентраціях всі активні центри будуть зайняті.

140­120­100­80­60­40 20 0

-20-

-40-

-0, 4-0, 2 0, 0 0, 2 0, 4 0, 6 0, 8 1, 0 1, 2 1, 4 1, 6

Потенціал, В

г-

Я О

-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

Потенціал, В

б

Рис. 2. Циклічні вольтамперограми (а - фосфатний буфер рН=7,4; б - фосфатний буфер рН=7,4 + 20 мМ глюкози) на Pt електроді з глюкозооксидазою. Швидкість розгортки потенціала 50 мВ/с

а

Рис. 3. Амперометричне   відкликання  глюкозного   сенсора  в перемішуваному фосфатному буферному розчині рН=7,4. Прикладений потенціал 0,6 В

1. Гетероциклические соединения. В 8-ми т. / Под ред. Р. Эльдерфилда. М., 1955.

Т. 4.

2. Электрохимия органических соединений / Под ред. Л. Г. Феоктистова. М., 1976.

3. Органическая электрохимия: В 2 кн. Кн.1 / Под ред. В.А. Петросяна, Л.Г. Феоктистова. М., 1988.

4. Cen L., Neoh K.G., Kang E.T. Surface functionalization of polypyrrole film with glucose and violagen. Biosensors and Bioelectronics. 2003. Vol. 18. P. 363-374.

5. Ковалишин Л., Ковальчук Є. Електрохімічне окиснення-відновлення амінопохід­них акридину // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім. 2002. Вип. 41. С. 239-243.

6. Verghese MM., Ramanathan K., Ashraf SM., Malhotra B.D. Enhanced loading of glucose oxidase on polyaniline films based on anion exchange // J. Appl. Polym. So. 1998. Vol. 70. P. 1447-1453.

ELECTROCHEMICAL PROPERTIES OF ACRIFLAVINE AND APPLICATION PRODUCTS OF OXIDATION IN BIOSENSORS

L. Kovalyshyn, B. Ostapovych, E. Koval'chuk

Ivan Franko National University of Lviv, Kyryla & Mefodiya Str. 6, 79005 Lviv, Ukraine

The behavior of the acriflavine in aqueous solutions was explored by the cyclic voltammetry. Products of oxidation was used to mastering biosensors on glucose oxidize base. Properties of biosensors was investigated by the cyclic voltammetry. It was obtained amperometric responses of mastered biosensor.

Key words: acriflavine, cyclic voltammetry, oxidation, biosensors.

Стаття надійшла до редколегії 01.11.2004 Прийнята до друку 04.02.2005

Страницы:
1 


Похожие статьи

Л Ковалишин, Б Остапович, Є Ковальчук - Електрохімічні властивості акрифлавіну