РОЗРОБКА ВИСОКОЧУТЛИВОГО ТА СЕЛЕКТИВНОГО АМПЕРОМЕТРИЧНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ДЛЯ СТВОРЕННЯ IN VIVO БІОСЕНСОРІВ

Universal amperometric microtransducer based on modified carbon fiber was developed for microbiosensors based on oxidoreductases (enzymes which catalyse substrate oxidation with accumulation of hydrogen peroxide). To improve sensitivity and selectivity of the microelectrode to hydrogen peroxide, its working surface was metallized with ruthenium, which resulted in increase of sensitivity by orders. For further increase of selectivity, various polymeric films on the basis of three diaminobenzene isomers were deposited onto ruthenized electrodes. The best characteristics were obtained for the microelectrodes modified with ruthenium and covered with polymeric membrane based on metha-diaminobenzene; therefore they were selected for further work.The modified microtransducer was used to elaborate a lactate oxidase based microbiosensor, highly specific and sensitive to lactate, as a model of oxidoreductase biosensor. The developed lactate biosensor was modified with additional semi-permeable membrane on the basis of polymers nafion and polyurethane which allowed to extend linear range of measuring lactate concentrations up to the values typical for rat brain.Разработан универсальный амперометрический микропреобразователь на основе модифицированного углеродного волокна для создания микробиосенсоров на основе оксидоредуктаз (ферментов, которые катализируют окисление субстратов с накоплением перекиси водорода). С целью увеличения чувствительности и селективности микроелектрода к перекиси водорода, была проведена металлизация его рабочей поверхности рутением. Как результат, получено увеличение чувствительности электрода к перекиси водорода на порядки. Потом для последующего повышения селективности на рутенизированные микроэлектроды были нанесены разные варианты полимерных пленок на основе трех изомеров диаминобензола. Наилучшие характеристики были обнаружены для микроэлектродов модифицированных рутением и покрытых полимерной мембраной на основе мета-диаминобензола. Именно такие микроэлектроды и были выбраны для последующей работы.Модифицированный микропреобразователь был использован для разработки чувствительного к лактату биосенсора на основе лактатоксидазы (как модели оксидоредуктазного биосенсора). Разработанный лактатный микробиосенсор был модифицирован дополнительной полупроницаемой мембраной на основе полимеров нафиона и полиуретана, что позволило расширить линейный диапазон биосенсорного определения лактата и сместить его в диапазон концентраций лактата, которые присутствуют в мозге крыс.Розроблено універсальний амперометричний мікроперетворювач на основі модифікованого вуглецевого волокна для створення мікробіосенсорів на основі оксидоредуктаз (ферментів, які каталізують окислення субстратів з накопиченням перекису водню). З метою збільшення чутливості та селективності мікроелектрода до перекису водню, була проведена металізація його робочої поверхні рутенієм. Як результат, отримано збільшення чутливості електроду до перекису водню на порядки. Потім для подальшого підвищення селективності на рутенізовані мікроелектроди було нанесено різні варіанти полімерних плівок на основі трьох ізомерів діамінобензолу. Найкращі характеристики були виявлені для мікроелектродів модифікованих рутенієм та покритих полімерною мембраною на основі мета-діамінобензолу. Саме такі мікроелектроди і були вибрані дляподальшої роботи.Модифікований мікроперетворювач було використано для розробки високо специфічного і чутливого до лактату біосенсора на основі лактат оксидази (як моделі оксидоредуктазного біосенсора). Розроблений лактатний мікробіосенсор було модифіковано додатковою напівпроникною мембраною на основі полімерів нафіону та поліуретану, що дозволило розширити лінійний діапазон біосенсорного визначення лактату та змістити його в межі концентрацій лактату, які присутні в мозку щурів

Amperometric biosensor for direct blood lactate detection

An amperometric sensor for lactate quantification is presented. The developed biosensor requires only 0.2 U of lactate oxidase, which is immobilized in a mucin/albumin hydrogel matrix. By protecting the platinum surface with a Nafion membrane, typical interference related to negatively charged species such as ascorbic acid has been minimized to practically undetectable levels. Electrochemical properties associated with the Nafion membrane are assessed as a function of Nafion concentration. In a phosphate buffer solution of pH 7.0, linear dependence of the catalytic current upon lactate bulk concentration was obtained between 2 and ∼1000 μM. A detection limit of 0.8 μM can be calculated considering 3 times the standard deviation of the blank signal divided by the sensitivity of the sensor. The lactate biosensor presents remarkable operational stability and sensitivity (0.537 ± 0.007) mA.M-1, where the error is the standard deviation of the slope calculated from the linear regression of the calibration curve of a fresh biosensor. In this regard, the sensor keeps practically the same sensitivity for 5 months, while the linear range decreases until an upper value of 0.8 mM is reached. Assays performed with whole blood samples spiked with 100 μM lactate gave (89 ± 6)% of recovery. © 2010 American Chemical Society.Fil: Romero, Marcelo Ricardo. 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: Ahumada, Facundo. 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: Garay, Fernando Sebastian. 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: Baruzzi, Ana Maria. 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

Covalent Layer-by-Layer Assembly of Redox-Active Polymer Multilayers

Poly(ferrocenyl(3-bromopropyl)methylsilane) and poly(ethylene imine) are employed in a layer-by-layer deposition process to form covalently connected, redox-active multilayer thin films by means of an amine alkylation reaction. The stepwise buildup of these multilayers on silicon, ITO, and quartz substrates was monitored by UV–vis absorption spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), static contact angle measurements, surface plasmon resonance (SPR), atomic force microscopy, ellipsometry, and cyclic voltammetry, which provide evidence for a linear increase in multilayer thickness with the number of deposited bilayers. Upon oxidation and reduction, these covalently interconnected layers do not disassemble, in contrast to poly(ferrocenylsilane) (PFS) layers featuring similar backbone structures that are held together by electrostatic forces. The PFS/PEI multilayers are effective for the electrochemical sensing of ascorbic acid and hydrogen peroxide and show improved sensing performance at higher bilayer numbers. These covalently linked layers are readily derivatized further and can therefore be regarded as a versatile platform for creating robust, tailorable, redox-active interfaces with applications in sensing and biofuel cell