CC BY
7
УДК 544.653.2/3 Б01:10.24412/2071-6176-2024-1-21-36
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕДОКС-АКТИВНЫХ ПОЛИМЕРОВ НА ОСНОВЕ БРИЛЛИАНТОВОГО
КРЕЗИЛОВОГО СИНЕГО
Т.В. Лаврова
Применение редокс-активных полимеров для иммобилизации биоматериала является одним из способов увеличения чувствительности и стабильности работы электрохимических биосенсоров. Синтезирован редокс-активный полимер на основе бычьего сывороточного альбумина (БСА) и бриллиантового крезилового синего (БКС) при участии бифункционального сшивающего агента - глутарового альдегида. Методом электрополимеризации БКС получен редокс-активный полимер полиБКС. Полученные полимеры охарактеризованы методами ИК-спектроскопии. Процесс переноса электронов от редокс-активных полимеров на графито-пастовый электрод изучен методом циклической вольтамперометрии: лимитирующей стадией в системе «полиБКС - электрод» является поверхностная реакция, а в системе «БСА-БКС - электрод» - прыжковый механизм. Константа скорости гетерогенного переноса электронов в системе "полиБКС - электрод" составила 0,27±0,08 см/с.
Ключевые слова: биосенсор, бриллиантовый крезиловый синий (БКС), графито-пастовый электрод, медиаторный биосенсор, редокс-активный полимер.
Введение
Биосенсоры представляют собой аналитические устройства, в которых биочувствительный элемент сопряжен с физико-химическим детектором, в результате биохимических и физико-химических процессов формируется аналитический сигнал, пропорциональный концентрации определяемого вещества в исследуемой пробе. Такие приборы применяются во многих областях, включая медицину, экологический мониторинг, биотехнологию и пищевую промышленность [1-3]. Основная проблема использования коммерческих ферментов в составе биосенсоров - это изменение стабильности генерируемого аналитического сигнала в многокомпонентных пробах, поэтому совершенствуются технологии иммобилизации на физико-химических преобразователях. При разработке электрохимических биосенсоров в качестве основы для иммобилизации биоматериала часто применяются редокс-активные полимеры, позволяющие повысить аналитические характеристики биосенсора [4, 5]. Например, в работе [5] полипиридилосмиевый комплекс использован для иммобилизации фермента глюкозооксидазы с помощью глутарового альдегида. В качестве аналитического сигнала рассматривали изменение предельного анодного тока на циклической вольтамперограмме после добавления
пробы с анализируемым веществом (глюкозой) в электрохимическую ячейку. Линейный диапазон определяемых концентраций глюкозы соответствовал интеревалу от 0 до 5 ммоль/дм3. Биосенсор апробирован на образцах, имитирующих физиологическую жидкость, представляющую микроокружение опухоли при раке молочной железы.
Основными методами получения редокс-активных полимеров являются химический синтез [6, 7] и электрополимеризация [8, 9]. В работе [7] получен с помощью глутарового альдегида коньюгат на основе редокс-полимеров: модифицированный ферроценкарбоновой кислотой хитозан и модифицированный хлоркарбонилферроценом полиэтиленимина. Ковалентное связывание электроактивных частиц ферроцена с полимером повышает стабильность аналитического сигнала за счет того, что редокс-компоненты не диффундируют из электроаналитической системы, высокая гидрофильность полиэтиленимина обеспечивает хорошую растворимость коньюгата, а хитозан - высокую адгезию к поверхности элекрода, возможные механизмы адгезивных свойств хитозана обсуждены в обзоре [10]. Коньюгат использован для иммобилизации ферментов глюкозоокси-дазы и лактатоксидазы при формировании биосенсоров для определения глюкозы и лактата, соответственно. Нижняя граница определяемых концентраций глюкозы составила 0,157 ммоль/дм3, лактата - 0,572 ммоль/дм3. По изменению уровня этих веществ в сыворотки крови биосенсор позволяет диагностировать тромбоз сосудов после реконструктивной хирургии [6].
В процессе электрополимеризации под действием приложенного электрического потенциала, измеряемого с определенной скоростью развертки потенциала в выбранном диапазоне, на поверхности рабочего электрода происходит окисление мономеров (например, пиррола, метиленового синего, нейтрального красного, анилина и др. [11]) в катион-радикалы с последующим их взаимодействием, приводящим к образованию полимера. Метод электрополимеризации позволяет контролировать толщину получаемого полимера посредством регулирования количества циклов окисления и восстановления, обеспечивает хорошую адгезию продукта реакции к поверхности электрода, однако процесс полимеризации напрямую зависит от рН среды, концентрации мономера, скорости развертки потенциала [8, 9]. Бриллиантовый крезиловый синий (БКС) относится к классу феназинов, обладает электроактивностью и используется в составе медиаторных биосенсоров [12].
Целью работы стало определение констант скорости переноса электронов на графито-пастовый электрод от редокс-активных полимеров на основе бриллиантового крезилового синего.
Материалы и методы исследования
Реактивы и материалы. Для синтеза редокс-активных полимеров применяли БКС («Диаэм», Россия), БСА («Диаэм», Россия), глутаровый альдегид («Scharlab», Испания). Пластиковая трубка с диаметром 3 мм использовалась в качестве основы при изготовлении рабочего электрода. Графитовую пудра («Fluka», Германия) и минеральное масло («Fluka», Германия) - основные компоненты пасты для заполнения электрода. Для процесса электрополимеризации применяли БКС, сульфат натрия, хлорид калия, тетраборат натрия («Диаэм», Россия). Буферный раствор для измерений с pH=6,8 включал в себя равные части 33 мМ раствора KH2PO4 и 33 мМ раствора Na2HPO4 («Диаэм», Россия).
Электрополимеризация. Полимеризацию проводили с помощью гальванопотенциостата «Corrtest» («Wuhan Corrtest Instruments Corp.», Китай), используя ячейку с рабочим графито-пастовым, вспомогательным платиновым электродами и насыщенным хлоридсеребряным электродом сравнения (Ag/AgCl).
В процессе электрополимеризации использовали раствор, содержащий 0,1 М БКС и 0,1 М NH2PO4. Затем проводили циклирование в течение 60 циклов при скорости развертки потенциала 50 мВ/c в диапазоне потенциалов от -0,2 до 1,1 В [9]. После полимеризации пленку полимера промывали дистиллированной водой для удаления непрореагировавшего мономера.
Смешивали 6 мкл водного насыщенного раствора БКС с 35 мг БСА, приливали 50 мкл буферного раствора, перемешивали на протяжении 5 минут. Затем добавляли 6 мкл глутарового альдегида и интенсивно перемешивали 30 секунд, после чего 10 мкл наносили на электрод.
Для дальнейших исследований закрепляли полученный полимер на поверхности рабочего электрода при помощи диализной мембраны. Исследования проводили в калий-натрий фосфатном буферном растворе с рН = 6,8.
Определение константы скорости переноса электронов на электрод методом циклической вольтамперометрии. Вольтамперные зависимости регистрировали при помощи гальванопотенциостата«Corrtest» («Wuhan Corrtest Instruments Corp.», Китай) при скорости развертки 10-250 мВ/с в калий-натрий-фосфатном буфере (рН=6,8). В ячейке применялось три электрода, одним из которых был рабочий графито-пастовый электрод, модифицированный редокс-активным полимером. В качестве вспомогательного электрода использовался платиновый, а в роли электрода сравнения выступал насыщенный хлоридсеребряный электрод (Ag/AgCl).
Обсуждение результатов
Электрополимеризация полиБКС. Циклические вольтамперо-граммы, представленные на рисунке 1, получены в ходе электрополимеризации БКС на графито-пастовом электроде.
Рис. 1. Циклическая вольтамперогамма процесса полимеризации БКС
На вольтамперограмме (рис. 1) наблюдаются три пика с экстремумами при +0,15 В, +1,06 В (анодная область) и +0,06 В (катодная область). В работах [13, 14] были приведены результаты исследований редокс-активности полиБКС. Появление анодного пика с максимумом +0,06 В связано с процессом восстановления БКС на поверхности угольно-пастового электрода, обратная реакция приводит к образованию пика в катодной области с максимумом +0,15 В, в соответствии с уравнением 1.
(1)
Анализ работ, посвященных электрополимеризации БКС [12, 13, 15-18], позволил заключить, что анодный процесс протекающий при +1,06 В - это необратимое окисление аминогрупп БКС с образованием катион-радикалов: процесс, вероятно, протекает по уравнению реакции (2) или с учетом резонансных структур БКС (3) по уравнению реакции (4-5) [12, 13]. При образовании катион-радикала по первичной аминогруппе возможно
отщепление иона водорода, за счет чего образуются радикалы (уравнение 2 и 5) [17].
с,н5 с2н5 с2н5
В результате взаимодействия ион-радикалов и радикалов формируется полимеры, возможные фрагменты которых представлены на рисунке 2.
Рис. 2. Предполагаемые структуры полиБКС
В работах [12, 13, 15] отмечено формирование полиБКС с образованием связи «углерод-азот». Такой процесс возможен в результате
25
делокализации неспаренного электрона в ион-радикале [18]. Соответствующая резонансная структура приведена на схеме (6), а возможная комбинация ион-радикалов с образованием димера представлена уравнением (7).
Продукт реакции (8) в дальнейшем может подвергаться окислению с образованием катион-радикалов по аминогруппе. На рисунке 3 представлены ИК-спектры полиБКС и исходного мономера БКС.
Пропускание, %
Волновое число, см
Рис. 3. ИК-спектры исходного мономера БКС, полимера-основы БСА и синтезированныхредокс-активных полимеров поли-БКС и БСА-БКС
Для расшифровки спектров использованы справочные таблицы [1921]. После электрополимеризации на ИК-спектре полиБКС наблюдается исчезновение полосы поглощения, соответствующей валентным колебаниям -КН2, которая наблюдалась на ИК-спектре мономера БКС в виде двух полос: при 3444 см-1 (рис. 3, полоса поглощения «vas-NH2») соответствующая антисимметричным и 3323 см-1 симметричным колебаниям -№Н (рис. 3, полоса поглощения «vs-NH2»). В ИК-спектре полиБКС наблюдается одна полоса поглощения при 3436 см-1 соответствующая валентным колебаниям К-Н (рис. 3, полоса поглощения «V №Н»), характерная для вторичных аминов. Изменение указанных полос поглощения соответствует предполагаемым механизмам, в которых участвуют первичные аминогруппы в образовании полимера [12, 15, 16, 20]. Кроме того, на ИК-спектре полиБКС наблюдается усиление полос поглощения по сравнению со спектром БКС при 2925 см-1 соответствующая валентным колебаниям С-Н связей ароматического кольца (рис. 3, полоса поглощения «V Саром-Н») и при 2856 см-1 соответствующая валентным колебаниям -СНз связей этильных радикалов БКС (рис. 3, полоса поглощения «V С^р3)-Н»), что указывает на увеличение количества данных связей в продукте полимеризации. Следует отметить, что полос поглощения, характерных для гидразинов (рис. 2) (три полосы поглощения одинаковой интенсивности в области валентных колебаний К-Н) в спектре полиБКС не наблюдается, вероятно, процесс полимеризации идет по уравнению 7, что согласуется с результатами работ [12, 16].
Синтез редокс-полимера БСА-БКС. Межмолекулярная сшивка редокс-соединений и белков, не имеющих проводящих свойств, позволяет получать системы, обладающие электроактивностью. Объем биоэлектро-каталического слоя при использовании данного типа редокс-полимеров в несколько раз больше, чем полимеров, полученных методом электрополимеризации [6, 7]. Для образования редокс-полимера с БКС был выбран БСА, широко используемый для иммобилизации ферментов [22, 23]. Сшивающим реагентом являлся глутаровый альдегид. Опираясь на результаты работы [24], в которой изучался механизм взаимодействия глутарового альдегида с белками при разных рН среды и концентрации аминогрупп, предложена схема взаимодействия аминогрупп БСА и БКС с глутаровым альдегидом с образованием оснований Шиффа (рис. 4).
При взаимодействии глутарового альдегида, БСА и БКС одновременно протекает несколько процессов: межмолекулярная сшивка молекул БСА между собой, внутримолекулярная сшивка с глутаровым альдегидом и межмолекулярное взаимодействия между БСА, глутаровым альдегидом и БКС.
БСА-БКС
Рис. 4. Схема синтеза БКС и БСА в присутствии глутарового альдегида
На рисунке 3 представлены ИК-спектры редокс-полимера БСА-БКС, полимера-основы БСА и исходного мономера БКС. На ИК-спектре БСА и БКС наблюдается полосы поглощения при 1635 см-1 и 1597 см-1, соответственно (рис. 3, полоса поглощения «5К-Н»), которые обусловлены деформационными колебаниями связи К-Н, первичной аминогруппы БСА и БКС. На ИК-спектре редокс-активного полимера БСА-БКС указанные полосы поглощения отсутствуют, что объясняется взаимодействием БСА и
БКС по аминогруппам с образованием редокс-полимера БСА-БКС. На ИК-спектре БСА-БКС наблюдается широкая полоса поглощения 1657 см-1 (рис. 3, полоса поглощения «С=№Ь>), соответствующая валентным колебаниям С=К образующегося основания Шиффа.
Определение констант скорости переноса электронов в системе «редокс-активный полимер - электрод». Окислительно-восстановительные свойства полимеров, в частности скорость электронного обмена с поверхностью электрода, необходимо учитывать при формировании медиаторных биосенсоров, так как данный процесс является одной из стадий формирования аналитического сигнала. Методом циклической вольтамперометрии можно оценить скорость переноса электронов в системе «редокс-активный полимер - электрод». На рисунке 5 представлена вольтамперограмма поли-БКС в диапазоне потенциалов -0,5 В до 0,7 В при изменении скорости развертки потенциала от 10 до 250 мВ/с.
С2Н6
А Б
Рис. 5. Циклическая вольтамперограммаполиБКС (А) и процесс передачи электронов в системе «поли-БКС - электрод» (Б)
При увеличении приложенного к электродам напряжения от -0,5 В до 0,7 В постепенно возрастает сила электрического тока, при достижении контактной разности потенциалов редокс-частицы полимера начинаются окисляться на электроде (уравнение 8), электрический ток начинает заметно возрастать и достигать максимума (при 0 В, рис. 5А).
(8)
Снижение тока обусловлено тем, что постепенно число восстановленных редокс-частиц уменьшается в ходе электродного процесса, что уменьшает скорость электродной реакции, и электрический ток снижается, несмотря на увеличение подаваемого напряжения. При сканировании в обратном направлении от 0,7 В до -0,5 В протекают аналогичные процессы восстановления (уравнение 8) с максимальным током при -0,2 В. Предельный ток характеризует максимальную скорость электродного процесса (уравнение 8), который в случае редокс-полимеров может лимитироваться передачей электронов между редокс-частицами полимера (прыжковый механизм) или передачей электронов от редокс-частиц на поверхность электрода (поверхностная реакция) [25] (рис. 5Б).
Редокс-активный полимер БСА-БКС, полученный поперечной сшивкой, обладает проводящими свойствами в отличие матрицы без добавления БКС (рис. 6). В системе БСА-БКС при потенциале -0,22 В и 0,45 В протекают катодный и анодный процессы (уравнение 8).
БСА+Глутаровый - БСА + БКС + Глутг альдегид ровый альдегид А
■1 -0.5 0 0,5
Е. В
Рис. 6. Циклические вольтамперограммыредокс-полимера БСА-БКС и сшитого глутаровым альдегидом БСА при 100 мВ/с
В системе «редокс-активный полимер - электрод» скорость передачи электронов может лимитироваться передачей электронов между редокс-частицами полимера (прыжковый механизм) или передачей электронов от редокс-частиц на поверхность электрода (поверхностная реакция) [26] (рис. 5Б). Метод циклической вольтамперометрии позволяет установить характер лимитирующей стадии проанализировав зависимость логарифма предельного тока от логарифма скорости развертки (уравнение 9) и по тангенсу угла наклона (критерий Семерано) выявить лимитирующую стадию: при прыжковом механизме а<0,5, при поверхностной реакции а>0,5 (рис. 7) [27].
1д1р = а IgV + const, (9)
где Ip - сила предельного тока, А; V - скорость развертки потенциала В/с; а - критерий Семерано;
const - константа, включающая число переносимых электронов, рабочую площадь поверхности электрода, температуру, константу Фарадея, универсальную газовую постоянную, коэффициент диффузии, поверхностную концентрацию электроактивного вещества.
Для двух двух систем «редокс-активных полимер - электрод» измеряли предельный анодный ток как функцию скорости развертки потенциала. Результаты представлены в логарифмических координатах и найдены коэффициенты линейной аппроксимирующей функции (рис. 7).
-22 -2.0
IgV
IgV
А
Б
Рис. 7. Зависимости логарифма силы тока от логарифма скорости
Б
развертки потенциала для системы «полиБКС - электрод» (А)
и «БСА-БКС - электрод» (Б)
В случае полиБКС (рис. 7А) критерий Семерано составляет 0,66±0,01, из чего следует вывод, что лимитирующей стадией является
поверхностная реакция. Для системы БСА-БКС тангенс угла наклона (рис. 7Б) меньше 0,5 (0,38±0,02), следовательно, процесс передачи электронов на электрод лимитируется «прыжковым переносом электронов». Таким образом, в системе БСА-БКС определяющим фактором электродного процесса является передача электронов от одного участка молекулы БКС к другому [28]. В системе поли-БКС передача электронов между молекулами БКС идет непрерывно и процесс переноса зависит от скорости электродной реакции.
С учетом характера лимитирующих стадий рассчитали константу гетерогенного переноса электронов по модели Лавирона для полиБКС, так как лимитирует поверхностная реакция. В случае БСА-БКС лимитирует прыжковый механизм, поэтому константу скорости гетерогенного переноса определить с помощью данной модели нельзя. Модель Лавирона:
log Ks = (1- a)loga + alog(1- a) - log[RT/FnV] - (a(1- a)nF(Ea- Ek))/2.3RT ^
K = (Ks • V)/A (11)
где Ks- константа скорости переноса электронов (с-1), а - коэффициент переноса для анодного процесса,
V - скорость развертки потенциала (В/с), R-универсальная газовая постоянная (Джмоль/K),
Т - температура (K), n - число электронов, Ea -потенциал анода (В), Ek -потенциал катода (В), К - гетерогенная константа скорости (см/с), А - площадь графита (см2),
V - объем графитовой пудры (см3).
Для исследуемых систем рассчитанные результаты представлены в таблице.
Электрохимические характеристики редокс-активных полимеров
Система Лимитирующая стадия Константа скорости гетерогенного переноса электронов, см/с
Поли-БКС Поверхностная реакция 0,27±0,08
БСА-БКС Прыжковый механизм -
БКС, адсорбированный на платиновом электроде [29] - 3,7 х 10-7
БСА-сафранин О [30] Поверхностная реакция 0,26±0,07
При сравнении электрохимических характеристик редокс-активных полимеров полиБКС и адсорбированного БКС на платиновом электроде [29] гетерогенная константа скорости переноса электронов выше в системе «полиБКС- электрод». Следовательно, гетерогенный перенос электронов происходит с достаточно высокой скоростью, что важно при формировании биосенсора, так как генерируемый ток должен лимитироваться взаимодействием биоматериала с аналитом. Значение константы гетерогенного переноса полиБКС схоже со значением полученным ранее для системы «БСА-сафранин О», которая успешно использовалась в биосенсорных устройствах [30].
Заключение
Сформированы редокс-активные полимеры на основе БКС методом электрополимеризации и химическим синтезом с использованием БСА и глутарового альдегида. Для полученных систем исследован электрохимический процесс передачи электронов. В редокс-активном полимере на основе полиБКС лимитирующей стадией является поверхностная реакция, гетерогенная константа скорости составила 0,27±0,08 см/с. В матрице БСА-БКС в качестве лимитирующей стадии выступает прыжковый механизм. Наиболее перспективно использование системы полиБКС для дальнейших исследований ввиду высокого показателя константы гетерогенного переноса электронов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта ректора ТулГУ для обучающихся по образовательным программам высшего образования - программам магистратуры № Хим/23/01/ГРР_М/
Список литературы
1. Biosensors applications in medical field: A brief review / A. Haleem, M. Javaid, R. P. Singh [et al.] // Sensors Int. 2021. V. 2. P. 100100. DOI: 10.1016/j.sintl.2021.100100.
2. Smart plant-wearable biosensor for in-situ pesticide analysis/ F.Zhao, J. He, X. Li [et al.] // Biosens. Bioelectron. 2020. V. 170. P. 112636. DOI: 10.1016/j.bios.2020.112636.
3. Electrochemical biosensor based on NAD(P)H-dependent quinone reductase for rapid and efficient detection of vitamin K3 / M. Khalife, D. Stankovic, V. Stankovic [et al.] // Food Chem. 2024. V. 433. P. 137316. DOI: 10.1016/j.foodchem.2023.137316.
4. Online self-powered Cr(VI) monitoring with autochthonous Pseudomonas and a bio-inspired redox polymer / B. Lazzarini, C. Irene,
M. Grattieri [et al.] // Anal. Bioanal. Chem. 2020. V. 412. № 24. P. 6449-6457. DOI: 10.1007/s00216-020-02620-w.
5. Jayakumar K., Bennett R., Leech D. Electrochemical glucose biosensor based on an osmium redox polymer and glucose oxidase grafted to carbon nanotubes: A design-of-experiments optimisation of current density and stability // Electrochim. Acta. 2021. V. 371. P. 137845. DOI: 10.1016/j.electacta.2021. 137845.
6. Development of a Redox-Polymer-Based Electrochemical Glucose Biosensor Suitable for Integration in Microfluidic 3D Cell Culture Systems / L. Navarro-Nateras, J. Diaz-Gonzalez, D. Aguas-Chantes [et al.] // Biosensors. 2023. V. 13. № 6. P. 582. DOI: 10.3390/bios13060582.
7. Design and development of ferrocene-containing chitosan-cografted-branched polyethylenimine redox conjugates for monitoring free flap failure after reconstructive surgery /L. Gan, F. W. L .Loke, W. C. Cheong [et al.] // Biosensors and Bioelectronics. 2021. V. 186. P. 113283. DOI: 10.1016/j.bios. 2021.113283.
8. Thin Polymer Films by Oxidative or Reductive Electropolymerization and Their Application in Electrochromic Windows and Thin-Film Sensors/ I. Rendón-Enríquez, A. Palma-Cando, F. Körber [et al.] // Molecules. 2023. V. 28. № 2. P. 883. DOI: 10.3390/molecules28020883.
9. Dalkiran B., Brett C.M.A. Polyphenazine and polytriphenylmethane redox polymer/nanomaterial-based electrochemical sensors and biosensors: a review // Microchimica Acta. 2021. V. 188. № 5. DOI: 10.1007/s00604-021-04821-1.
10. Chitosan based bioadhesives for biomedical applications: A review. Hamedi H., Moradi S., Hudson S. M. // Carbohydrate Polymers. 2022. V. 282. P. 119100. DOI: 10.1016/j.carbpol.2022.119100.
11. Chen Z., Villani E., Inagi S. Recent progress in bipolar electropolymerization methods toward one-dimensional conducting polymer structures // Current Opinion in Electrochemistry. 2021. T. 28. C. 100702.
12. Poly(brilliant cresyl blue) electrogenerated on single-walled carbon nanotubes modified electrode and its application in mediated biosensing system / M., Chen, , J. Q. Xu, S. N. Ding [et al.] // Sensors Actuators B: Chemical. 2011. V. 152. № 1. P. 14-20. DOI: 10.1016/j.snb.2010.09.063.
13. Electrocatalytic oxidation of NADH by Brilliant Cresyl Blue-DNA intercalation adduct / P. de-los-Santos-Álvarez, P. Rodríguez-Granda, M. Jesús Lobo-Castañón [et al.] // Electrochim. Acta. 2005. V. 50. № 5. P. 1107-1112.DOI: 10.1016/s1388-2481(03)00041-9.
14. Brilliant cresyl blue as electroactive indicator in electrochemical DNA oligonucleotide sensors / M.S.Hejazi, J.B.Raoof, R.Ojani [et al.] // Bioelectrochemistry. 2010. V. 78. N. 2. P. 141-146. DOI: 10.1016/j.bioelechem. 2009.09.004.
15. Liang X., Zhou Y., Brett C.M.A. Electropolymerisation of brilliant cresyl blue and neutral red on carbon-nanotube modified electrodes in binary and ternary deep eutectic solvents // J. Electroanal. Chem. 2022. V. 919. P. 116557. D0I:10.1016/j.jelechem.2022.116557.
16. Sensitivity Control of Hydroquinone and Catechol at Poly(Brilliant Cresyl Blue)-Modified GCE by Varying Activation Conditions of the GCE: An Experimental and Computational Study / S.Faraezi, M.S.Khan, F.Z.Monira [et al.] // ChemEngineering. 2022. V. 6. № 2. P. 27. D0I:10.3390/chemengi-neering 6020027.
17. Shan D., Mu S.L. Electrochemical synthesis and properties of poly(azure B) // Chinese J. Polym. Sci. English Ed. 2001. V. 19. № 4. P. 359370.
18. Chemical Oxidative Polymerization of Methylene Blue: Reaction Mechanism and Aspects of Chain Structure / Y.O.Mezhuev, I.Y.Vorobev, I.V. Plyushchii [et al.] // Polymers. 2021. V. 13. № 13. P. 2188. DOI: 10.3390/ polym13132188.
19. Преч Э., Бюльманн Ф., Аффольтер К. Определение строения органических соединений // "БИНОМ лаборатория знаний", 2006.
20. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул / Рипол Классик. 2013. С. 580.
21. Накамото К. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. М.: Изд. "Мир", 1991.
22. Ghica M.E., Brett C.M.A. Poly(brilliant cresyl blue) modified glassy carbon electrodes: Electrosynthesis, characterisation and application in biosensors // J. Electroanal. Chem. 2009. V. 629. № 1-2. P. 35-42. DOI:10.1016/j.jelechem.2009.01.019.
23. Multicolor Biosensor for Trypsin Detection Based on the Regulation of the Peroxidase Activity of Bovine Serum Albumin-Coated Gold Nanoclusters and Etching of Gold Nanobipyramids/Q. Luo, M. Tian, F. Luo [et al.] // Anal. Chem. 2023. V. 95. № 4. P. 2390-2397.
24. Thioglycolic acid-capped gold nanoparticle/cytochrome P450-2E1 electrochemical biosensor for isoniazid / Z.Z. Tshobeni, J.L. January, N.P.P. Ngema [et al.] // Sens. Bio-Sensing Res. 2023. V. 41. P. 100583. DOI:10.1016/j.sbsr.2023.100583.
25. Glutaraldehyde: behavior in aqueous solution, reaction with proteins, and application to enzyme crosslinking / I.Migneault, C. Dartiguenave, M.J. Bertrand [et al.] // Biotechniques. 2004. V. 37. № 5. P. 790-802.
26. Current trends in redox polymers for energy and medicine/N. Casado, G. Hernandez, H. Sardon [et al.] // Prog. Polym. Sci. Elsevier Ltd, 2016. V. 52. P. 107-135. DOI:10.1016/j.progpolymsci.2015.08.003.
27. Семерано Г., Вьянелло Э. Зарубежные науки. VII Менделеевский съезд по общей и органической химии (VII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии). 1959. C. 49-63.
28. Heinze J., Frontana-Uribe B., Ludwig S. Electrochemistry of conducting polymers-persistent models and new concepts. Chemical Reviews. 2010. V. 110 № 8. P. 4724-4771.
29. Dong S., Zhu Y., Song S. Electrode processes of hemoglobin at a platinum electrode covered by Brilliant Cresyl Blue // J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1989. V. 275. № 3. P. 233-243.
30. Лаврова Т.В., Харькова А.С. Модифицированный сафранином бычий сывороточный альбумин как основа создания биосенсора для определения качества водных сред // XXV Всероссийская студенческая научно-практическая конференция Нижневартовского государственного университета. Т. 1. Нижневартовск. 2023. С. 103-107.
Лаврова Татьяна Валерьевна, магистрант, мл. науч. сотр. лаборатории биологически активных соединений и биокомпозитов, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
Научный руководитель: Харькова Анна Сергеевна, канд. хим. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF REDOX-ACTIVE POLYMERS
BASED ON BRILLIANT CRESYL BLUE
T.V. Lavrova
The use of redox-active polymers for immobilization of biomaterial is one of the ways to increase the sensitivity and stability of electrochemical biosensors. A redox-active polymer based on bovine serum albumin (BSA) and brilliant cresyl blue (BCB) was synthesized with the participation of a bifunctional cross-linking agent - glutaraldehyde. The redox-active polymer polyBCS was obtained by electropolymerization of BCS. The resulting polymers were charaterized by IR spectroscopy. The process of transfer of electrons from redox-active polymers to a graphite-paste electrode was studied by cyclic voltammetry: the limiting stage in the "polyBCS-electrode" system is the surface reaction, and in the "BSA-BCS-electrode " system it is the hopping mechanism. The rate constant of heterogeneous electron transfer in the "poliBCS-electrode " system was 0,27±0,08 cm/s.
Key words: biosensor, brilliant cresyl blue (BCB), graphite-paste electrode, mediator biosensor, redox-active polymer.
Lavrova Tatyana Valerievna, master's student, junior researcher at the laboratory of biologically active compounds and biocomposites, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
Scientific supervisor: Kharkova Anna Sergeevna, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
