Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
оценки скорости гетерогенной реакции на электроде или в слое.
Существование корреляции между скоростями гомогенных и гетерогенных
реакций очень важно, поскольку это означает возможность целенаправленной
разработки новых модифицированных электродов на основе данных о
соответствующих гомогенных медиаторах. Примером такого подхода является
работа [53], посвященная медиаторам для окисления NADH.
Проведение электрохимических окислительно-восстановительных реакций в
растворе с участием медиаторов-не единственная область применения
модифицированных электродов. Представляет интерес также их использование
для контроля вывода лекарств, конструирования ионных затворов и
микроэлектронных устройств [76].
Применение модифицированных электродов для контролируемого вывода
лекарств предполагает прежде всего создание электрода, позволяющего
перевести лекарственное или другое представляющее интерес соединение в
связанное состояние, причем таким образом, чтобы его высвобождение можно
было контролировать электрохимически. С этой целью на практике используют
как электростатическое удерживание, так и ковалентное связывание. В
принципе такая система может по требованию выделять контролируемую дозу
лекарства в определенных точках или областях. При этом скорость,
выделения и количество выделенного лекарства, а также интервалы между
отдельными дозами контролируют электрохимически. В ряде работ Миллера и
соавторов [57, 58, 80] исследовано контролируемое высвобождение веществ
из электродов,
Исследование модифицированных электродов
181
модифицированных полимерами. В данных работах авторы сосредоточились на
модифицированных электродах для вывода нейротрансмиттера допамина. С этой
целью готовили полимер, состоящий из основы, к которому прикрепляли
допаминовые группы с помощью ковалентных связей, расщепляемых на катоде.
Полимер представлял собой полистирол с боковыми изоникотинатными
группами. Допамин присоединяли к этим группам посредством амидных связей
[57]. Найдено, что если нанести такое покрытие на электрод из
стеклоуглерода, окуная его в раствор полимера, то при наложении
потенциала -1,2 В (относительно н. к. э.) допамин выделяется в раствор.
Есть данные, что таким же образом можно высвобождать глутаминат и у-
амино-масляную кислоту [58].
Для разработки таких модифицированных электродов, как и в описанных выше
случаях, важно иметь представление о транспорте и кинетике процессов.
Миллер и соавторы нашли, что скорость прохождения заряда через пленку
(Dc) слишком низка, чтобы обеспечить желаемые скорости высвобождения
нейротрансмиттеров, и что это ограничивает количество выделяемого
нейротрансмиттера. Проблема медленного распространения заряда по
полимерным слоям является общей для слоев с непроводящей полимерной
основой, особенно если используют двухэлектронные медиаторные группы.
Один из путей решения этой проблемы заключается в том, чтобы сделать
полимерную основу проводящей. В литературе имеется много работ по
проводящим полимерам, получаемым электрополимеризацией гетероциклических
ароматических мономеров (см., например, [21, 26, 32]). Хотя большинство
этих работ выполняли для неводных растворителей, проводящие полимерные
пленки можно растить и из водных растворов. В работе [80] применили
проводящие полимеры для решения проблемы контролируемого выделения. С
этой целью авторы использовали полипирроловую пленку с введенным путем
ионного обмена глутаминатом (таким образом, связь глутамината с пленкой
была электростатической). При наложении на электрод с пленкой катодного
потенциала полипиррол восстанавливается, при этом он начинает отталкивать
от себя глутаминатные противоионы. Использование проводящего полимера
позволило избежать этих трудностей с переносом заряда и добиться
выделения больших количеств нейротрансмиттеров в одиночном или
повторяющихся импульсах.
Проводящие полимеры применяют также для изготовления ионных затворов с
электрохимическим контролем [27, 28]. Принцип ионного затвора весьма схож
с тем, что используется для контролируемого высвобождения глутамината. В
непроводящей (восстановленной) форме полипиррол незаряжен и непроницаем
как для анионов, так и катионов. Окисленный полимер становится
проводящим, и в этой форме он заряжен положительно. Заряженный полимер
обладает селективной проницаемостью; иными словами, анионы теперь
проникают в пленку значительно легче, чем катионы. Авторы [27, 28]
использовали это свойство для создания ионного затвора для хлорид-ионов.
Они покрыли полипирролом золотой сетчатый электрод так, чтобы получилась
сплошная пленка без разрывов. В нейтральной непроводящей форме эта пленка
непроницаема для ионов. При окислении пленка переходит в заряженную форму
и становится проницаемой для хлорид-ионов. Таким образом, была создана
мембрана, которую можно электрохимически переключать между состояниями
проницаемости и непроницаемости для хлорид-ионов.
Как видим, модифицированные электроды начинают находить применение в
