Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
используют полимеры. Это направление быстро развивается. Разработаны
методы электрохимической полимеризации соответствующих мономеров с
образованием плотно сцепленных с поверхностью редокс-полимерных пленок;
нанесения полимерной
Исследование модифицированных электродов
175
Модифицированные
электроды
Ковалентное
присоединение
Газофазное
осаждение
Хлорангидрид Функциональные Силанизация
циануровои группы на кислоты углеродной поверхности
Электрохимическая Окунание Ковалентная полимеризация или сшивка
опрыскивание
Проводящие
полимеры
Редоке -полимеры
Рис. 13.1. Различные типы модифицированных электродов.
пленки путем поливания или опускания электрода в раствор мономера;
газофазной плазменной полимеризации на электродной поверхности. Из этих
методов нанесение пленки поливанием или при опускании электрода в раствор
имеет то преимущество, что перед нанесением на электрод полимер
растворяют в подходящем растворителе (как перед покраской), и можно
предварительно охарактеризовать его физические свойства. С другой
стороны, достоинством электрохимической полимеризации является легкость
получения пленки и возможность контроля ее толщины. Более подробное
описание этих подходов можно найти в обзорах [2, 66].
Выяснив, что существует множество методов химической модификации
электродов и что число их непрерывно растет, можно начать подбирать
подходящие поверхности электродов для конкретных электрохимических
реакций. В качестве примера рассмотрим электрохимическое окисление (З-
никотинамидадениндинуклеотида (NADH) в обладающий ферментативной
активностью NAD + . Значительный интерес к этой реакции обусловлен тем,
что очень многие ферменты дегидрогеназы (более 250) используют в качестве
кофермента NAD + или сходный с ним р-никотинамидаденин-динуклеотид-фосфат
(NADP+/NADPH). Такие дегидрогеназы катализируют реакции типа
SH2 + NAD + -> S + NADH + H + ,
где SH2- субстрат и S-продукт реакции.
Если образуемый в таких реакциях NADH вновь окисляется электрохимически и
достаточно эффективно, то на основе этих реакций можно создавать
амперометри-
176
Глава 13
ческие ферментные электроды, селективные к субстрату выбранной
дегидрогеназы (гл. 15). Большое преимущество рассматриваемого подхода
состоит в том, что достаточно всего лишь заменить используемую
дегидрогеназу, чтобы получить множество разнообразных сенсоров. К
сожалению, "чистые" (немодифицированные) металлические или углеродные
электроды непригодны для окисления NADH. Как показано в работе [33], на
чистых электродах NADH окисляется только при высоких (около 1 В)
перенапряжениях. В этих условиях окисление протекает с образованием
промежуточных радикальных соединений. Таким образом, чисто металлические
электроды непригодны по двум причинам. Во-первых, параллельно с
регенерацией NAD+ образуются димеры и другие продукты. Во-вторых, из-за
необходимости высокого перенапряжения возникает проблема мешающего
влияния других частиц, присутствующих в анализируемом растворе.
В попытках преодолеть эти трудности исследовали множество различных
модифицированных электродов, на которых повторное окисление NADH
протекает с участием иммобилизованного медиатора, а не непосредственно на
поверхности электрода. В табл. 13.1 приведено несколько различных
способов модификации электродов,
Таблица 13.1. Модифицированные электроды для окисления NADH
Медиатор Литература Примечание
[78] Монослой. Потеря активности через несколько
циклов
[48] Монослой. Потеря 70% активности через 30 мин
[31] Полимер. Затруднен транспорт через пленку.
В цикле превращений активность падает
[77] Электрохимическое осаждение. Потеря 60% ак-
тивности за 2 ч
[37] Адсорбированный слой. Потеря 50% активности
за 10 ч при pH 7
описанных в литературе. Среди них как монослойное покрытие электродов
путем адсорбции орто-хинонов [48, 78], так и многослойное покрытие на
основе полимерных орто-хинонов [31]. Кроме того, авторы [77] изучили
электрохимическое осаждение
Исследование модифицированных электродов
177
N-метилфеназина. Во всех случаях был достигнут определенный прогресс в
каталитическом окислении NADH. На модифицированном электроде
перенапряжение заметно снижается, смягчая, таким образом, проблему помех.
Однако во всех случаях модифицированные электроды оказались недостаточно
стабильными для продолжительного использования либо вследствие побочных
реакций медиатора, либо из-за утечки медиатора с поверхности электрода.
По этим причинам такие электроды непригодны для использования в
амперометрических сенсорах.
Недавно Гортон и др. [38] сообщили о результатах окисления NADH на
графитовом электроде, на котором адсорбирован 1,2-бензофеноксазин-7-он.
Авторы детально изучили кинетику этой реакции с помощью вращающегося
дискового электрода. Они нашли, что в диапазоне pH 1,1-7,0 активность
заметно не меняется в течение 7 ч, а при pH 8,0 за тот же период
уменьшается на 17%. Ключ к решению проблемы стабильности нашли Элбери и
