Self-assembled multilayers of water glucose modified-chitosan and glucose oxidase for detection of glucose in milk samples

Background: A crucial aspect of electrochemical enzymatic biosensor development is the immobilization of the enzymes, as it directly influences the sensitivity of the bioelectrode. Among the different methods used to incorporate enzymes on the surface of the transducers, layer-by-layer (LbL) self-assembly based on electrostatic interaction with polyelectrolytes of opposite charge stands out due to its simplicity and reproducibility. Aims: The aim of the work was to develop an electrochemical glucose biosensor by LbL assembly of a new functionalized chitosan polycation and the enzyme glucose oxidase (GOx). Methods: Chitosan was chemically functionalized with glucose by the Maillard reaction. The resulting polycation, named G-Chit, is soluble in the medium compatible with the enzyme. The bioelectrode was obtained by alternating adsorption of G-Chit and GOx onto carbon paste electrodes. By selecting the number of bilayer of G-Chit/GOX, the enzyme concentration, and the pH, the electroanalytical performance of the biosensor was optimized. The electrochemical responses were characterized by cyclic voltammetry and chronoamperometry. Results: Under optimized experimental conditions, the biosensor exhibited a sensitivity of (0.81 ± 0.03) µA mM-1 in a glucose concentration range of (0.18 to 1.75) mM. Discussion: Results indicated that catalytic response increases both with the number of G-Chit/GOx bilayers and the enzyme concentration, obtaining the best responses for 3 bilayers and 2 mg mL-1, respectively, while the optimum working pH value was 7.0. Conclusions: The analytical response of the biosensor was tested in milk samples with negligible matrix effects, suggesting a potential application in other dairy products. Results show that G-Chit appears promising for the immobilization of enzymes.Fil: Gulotta, Florencia Alejandra. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Diaz Vergara, Ladislao Ivan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones y Transferencia de Villa María. Universidad Nacional de Villa María. Centro de Investigaciones y Transferencia de Villa María; ArgentinaFil: Montenegro, Mariana Angélica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones y Transferencia de Villa María. Universidad Nacional de Villa María. Centro de Investigaciones y Transferencia de Villa María; ArgentinaFil: Ferreyra, Nancy Fabiana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; ArgentinaFil: Paz Zanini, Veronica Irene. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; Argentin

Homemade solar simulator: Construction, characterization and its application in heterogeneous photocatalysis

El progreso del sector agroalimentario juega un papel muy importante en el crecimiento económico de un país en desarrollo. Es por ello que el control de procesos y el seguimiento de la calidad son etapas cruciales. En este sentido, las potenciales aplicaciones de los biosensores amperométricos en la industria agroalimentaria pueden orientarse a la totalidad de la cadena alimentaria, desde la producción primaria hasta la distribución final al consumidor. A diferencia del carácter generalista de las metodologías analíticas convencionales, la tecnología asociada a los biosensores posibilita el diseño de dispositivos “a la carta”, específicos para un analito o un grupo de analitos en particular. En el presente capítulo, se detallan algunas de las aplicaciones más destacadas en las áreas de inocuidad y calidad alimentaria, como así también en el control de procesos en la industria agroalimentaria. Así mismo, se describen los aportes realizados en los últimos años desde nuestro grupo de investigación, en el desarrollo y aplicación de estos dispositivos.Progress in the agri-food sector plays a very important role in the economic growth of a developing country. That is why process control and quality monitoring are crucial stages. In this sense, the potential applications of amperometric biosensors in the agri-food industry can be oriented to the entire food chain, from primary production to final distribution to the consumer. Unlike the general nature of conventional analytical methodologies, the technology associated with biosensors makes it possible to design “à la carte” devices, specific for a particular analyte or group of analytes. In this chapter, some of the most prominent applications in the areas of food safety and quality are detailed, as well as in process control in the agri-food industry. Likewise, the contributions made in recent years from our research group in the development and applications of these devices are described.Fil: Paz Zanini, Veronica Irene. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Gulotta, Florencia Alejandra. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Araujo, Virginia Maria. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Tulli, Fiorella Giovanna. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; Argentin

Ultrasensitive amperometric biosensing of polyphenols using horseradish peroxidase immobilized in a laponite/Au/DNA-bioinspired polycation nanocomposite

An ultrasensitive electrochemical biosensor for the determination of hydroquinone (HQ) and chlorogenic acid (CGA) has been prepared by horseradish peroxidase (HRP) immobilization onto nanohydrogels made of laponite, gold nanoparticles (AuNP) and a vinylbenzyltriethylammonium polycation copolymerized with vinylbenzylthymine groups. The structure and active site of the enzyme were not modified upon immobilization, as determined by UV-Vis and FTIR spectroscopies. The biosensor showed remarkable electroanalytical properties for detection of HQ and CGA, e.g. linear stationary current up to 120 μM and 4.2 μM, limit of detection (LOD) of 1.6 ± 0.2 nM and 2.7 ± 0.1 nM for CGA, and sensitivities of 218 ± 4 μA.mM-1 and 132 ± 4 μA.mM-1, respectively. The electroanalytical capabilities of the biosensor was successfully tested in the quantification of the total polyphenol content in green coffee and yerba mate beverages, yielding equivalent results than those obtained with the classical Folin-Ciocalteu method. Nonetheless, our biosensor showed remarkable advantages due to its ultra-sensitivity, together with smaller sample volumes and shorter detection times required, improving its analytical application.Fil: Tulli, Fiorella Giovanna. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Gulotta, Florencia Alejandra. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Martino, Debora Marcela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Paz Zanini, Veronica Irene. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Borsarelli, Claudio Darío. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; Argentin

Electrochemical behavior of a typical redox mediator on a modified electrode surface: Experiment and computer simulations

This paper describes the study of a redox species electrosorption on a modified electrode by experimental measurements and computer simulation. The propose model is based on the fact that charges are transferred to the electrode when an electroactive species is adsorbed on its surface. The electrode surface is modified by the irreversible adsorption of a non-electroactive species, which blocks a percentage of the adsorption sites. Hence, the electroactive species can only be adsorbed on the surface vacancies, and, when this phenomenon occurs, interact laterally with the non-electroactive one. Lattice-gas models and Monte Carlo simulations in the Gran Canonical Ensemble are used. The analysis conducted is based on the study of adsorption isotherms and voltammograms, for several values of energies and adsorption degrees of the non-electroactive species. In the case of experimental measurements, an artificial clay (Laponite®) represents the non-electroactive species while the redox probe Fe(CN)6 4- is the electroactive one. The results obtained by the proposed model are compared with experimental voltammograms.Fil: Gavilán Arriazu, Edgardo Maximiliano. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Paz Zanini, Veronica Irene. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Gulotta, Florencia Alejandra. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Araujo, Virginia Maria. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Pinto, Oscar Alejandro. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; Argentin

Chitosan-based Maillard products for enzyme immobilization in multilayers structure: Its application in electrochemical sensing

In this work we demonstrate for the first time the advantages of using water-soluble chitosan polycation obtained by Maillard reaction with glucose (G-Chit) or lactose residues for the immobilization of glucose oxidase (GOx) and lactate oxidase by the layer-by-layer adsorption method onto carbon paste electrodes. Besides its solubility in enzyme-compatible media, these polymers have a suitable charge density for electrostatic adsorption and allow adequate charge transfer at the electrode-solution interface. Based on the analysis of the effect of the type of chitosan derivative on the enzymatic response; we built an efficient biosensor based on G-Chit and GOx. The multilayered structure made of three bilayers of G-Chit and GOx showed the best performance; the biosensor exhibits a sensitivity of (12.4 ± 0.3) µA mM−1 cm−2 in a glucose concentration range from 180 µM to 1.75 mM. In addition, the analytical response of this biosensor was tested in milk samples with negligible effects of the matrix. The results confirm the suitability of these chitosan derivatives for the adsorption of enzymes and the construction of supramolecular structures. The favorable environment for the enzymatic activity results in bioelectrodes with fast responses for quantification of glucose even in a complex matrix like milk.Fil: Gulotta, Florencia Alejandra. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Montenegro, Mariana Angélica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto Multidisciplinario de Investigación y Transferencia Agroalimentaria y Biotecnológica - Universidad Nacional de Villa María. Instituto Multidisciplinario de Investigación y Transferencia Agroalimentaria y Biotecnológica; ArgentinaFil: Diaz Vergara, Ladislao Ivan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto Multidisciplinario de Investigación y Transferencia Agroalimentaria y Biotecnológica - Universidad Nacional de Villa María. Instituto Multidisciplinario de Investigación y Transferencia Agroalimentaria y Biotecnológica; ArgentinaFil: Arata Badano, Joaquin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto Multidisciplinario de Investigación y Transferencia Agroalimentaria y Biotecnológica - Universidad Nacional de Villa María. Instituto Multidisciplinario de Investigación y Transferencia Agroalimentaria y Biotecnológica; ArgentinaFil: Ferreyra, Nancy Fabiana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; ArgentinaFil: Paz Zanini, Veronica Irene. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; Argentin

Electrostatically mediated layer-by-layer assembly of a bioinspired thymine polycation and gold nanoparticles

In this work, we built self-assembled structures of gold nanoparticles (AuNPs) using a new polyelectrolyte formed by copolymerization of the monomers 4-vinylbenzyl thymine (VBT) and 4-vinylbenzyl triethylammonium chloride (VBA). For the synthesis, a monomer ratio of 1 mol of VBT to 16 mol of VBA was used to obtain the polycation [(VBT)1:(VBA)16]16+ with a charge density suitable for the electrostatic adsorption of citrate stabilized AuNPs. The objective of this work was to explore the optical and electrochemical properties of the structure built on gold and quartz substrates with a view to its potential application as a (bio)sensor for optical and electrochemical detection. The polycation adsorption process was studied by surface plasmon resonance, which allowed us to select the appropriate concentration and adsorption time for the polymer and verify the formation of the self-assembly. Characterization of the system by atomic force microscopy allowed determining that AuNPs are distributed in isolation, such as dimers, trimers, tetramers, or bigger aggregates. The analysis of the resonance of the localized surface plasmons (LSPR) of the AuNPs, as well as the increase in the intensity of the polycation Raman signals revealed the electromagnetic coupling between close nanoparticles. In addition, the electrochemical impedance spectroscopy study of gold electrodes modified with the ([(VBT)1:(VBA)16]16+/AuNPs)n multilayer showed that incorporation of the AuNPs in the structure produced an increase in the apparent heterogeneous charge transfer constant. This fact indicates that the structure of the film and the nanoparticles distribution favor the electronic conduction mediated by AuNPs. The observed properties indicate that this multilayer represents a very interesting platform for the development of (bio)sensors based on optical or electrochemical detection.Fil: Gulotta, Florencia Alejandra. Universidad Nacional de Santiago del Estero; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Santiago del Estero. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Centro de Investigaciones y Transferencia de Santiago del Estero; ArgentinaFil: Paz Zanini, Veronica Irene. Universidad Nacional de Santiago del Estero; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Santiago del Estero. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Centro de Investigaciones y Transferencia de Santiago del Estero; ArgentinaFil: López de Mishima, Beatriz A.. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Instituto de Bionanotecnología del Noa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Bionanotecnología del Noa; ArgentinaFil: Martino, Debora Marcela. Universidad Nacional del Litoral; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Linarez Pérez, Omar Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; ArgentinaFil: Ferreyra, Nancy Fabiana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentin