Kemisk sensor på basis af materialer, der besidder molekylær hukommelse

Forskere fra det kemiske fakultet ved Lomonosov Moscow State University har udviklet en polymerbaseret elektrokemisk sensor med molekylær aftryk rettet mod påvisning af saccharider og hydroxysyrer. Den enzymfrie sensor muliggør måling af glukose og mælkesyre koncentration. De har præsenteret resultaterne i Sensorer og aktuatorer B:Kemisk .

Vita Nikitina, en juniorforsker ved fakultet for kemi ved Lomonosov Moskva Statsuniversitet og en af ​​projektforfatterne, deler:"De fleste sensorer er elektrokemiske. Det betyder, at glukosekoncentrationen måles i form af strømtæthed, registreret ved hjælp af en enzymelektrodebiosensor ved hjælp af en teststrimmel. Imidlertid, enzymbrug til kemisk påvisning af stoffer af interesse i sådanne anordninger har sine ulemper, hovedsagelig forbundet med lav stabilitet af enzymer og nødvendigheden af ​​at tilvejebringe særlige opbevarings- og driftsbetingelser og biosensor -engang. "

I deres projekt, kemikerne fra Lomonosov Moskva Statsuniversitet søgte alternative enzymfrie enheder. Sensoren, de udviklede, er en elektrode modificeret af et tyndt polymerlag. Sådanne sensorer er ikke kun lette at producere, men også mere stabil i drift og opbevaring. I øvrigt, reagenser til deres produktion er massivt billigere end enzymer.

Nikitina siger, "I strukturen af ​​polymeren syntetiserede vi på overfladen af ​​elektroden, der er funktionelle grupper, nemlig borsyrer, i stand til at detektere almindelige lavmolekylære forbindelser som saccharider (glucose og fructose) og hydroxysyrer (mælkesyre og vinsyre). I projektet, Vi har vist, hvordan vores sensorer kan bruges til påvisning af disse stoffer. Et signal, der genereres af sensoren, registreres ved elektrokemiske midler, der ligner enzymelektroder. Imidlertid, i modsætning til amperometriske glukosemålere, vores enhed er baseret på et andet princip - nemlig, ændringen af ​​polymerens ledningsevne. "

Generering af en elektrisk ledende polymercoating på overfladen af ​​elektroder viser sig at være en ikke -triviel opgave. Udarbejdelse og grundig optimering af betingelser og parametre for elektropolymerisering var nøglen til projektet. Polymerer blev syntetiseret under den aktuelle handling, strømmer gennem arbejdselektroden, anbringes i en elektrokemisk celle med monomeropløsning. Som et resultat af denne elektrokemiske proces, den vanduopløselige polymer afsættes på elektrodeoverfladen.

Kemikerne har syntetiseret en polymer ved hjælp af en molekylær prægningsmetode. Det indebærer dannelse af særlige områder (aftryk) i materialet, og disse regioner genkender kun de molekyler, der har været anvendt som skabeloner under polymersyntese. Sådanne materialer, besidder molekylær hukommelse, kunne anvendes som et følsomt lag af kemiske sensorer til påvisning af bestemte stoffer. Elektrokemisk polymerisering af substitueret anilin blev udført i nærvær af skabelonmolekyler - nemlig, hydroxysyrer og saccharider. Efter polymerisation, disse molekyler blev fjernet fra polymermatrixen. Imidlertid, i sin tredimensionelle struktur, nogle rum (såkaldte molekylære aftryk) blev efterladt. Disse aftryk i form af form, størrelse og orientering af funktionelle grupper er komplementære til disse skabelonmolekyler. Denne effekt, "molekylær hukommelse" af en polymer, giver materialet mulighed for at detektere forbindelser, der er blevet brugt som skabeloner.

For at teste sensoren, forskerne placerede det i en elektrokemisk celle, hvor den analyserede prøve er placeret. Hvis der har været saccharider eller hydroxysyrer i den analyserede prøve, end boronsyregrupper i polymeren binder med dem, resulterer i vækst af polymer konduktivitet, som er blevet registreret ved hjælp af en elektrokemisk impedansspektroskopi teknik.

Vita Nikitina siger, "Vi har vist, at det er muligt at oprette multisensoriske systemer på grundlag af udarbejdede sensorer med forskellig selektivitet. Disse systemer tillader overvågning af koncentrationen af ​​forskellige stoffer i biokemiske processer. Sådanne sensorer kan bruges til påvisning af højmolekylære stoffer og endda hele celler, med strukturelle fragmenter af saccharider eller hydroxysyrer. "