Verbesserung der Selektivität amperometrischer Wandler durch Verwendung von Phenylendiaminfilmen in Nanogröße

Hintergrund

Biosensoren sind neuartige Analysegeräte; deren Verwendung eine Alternative zu Chromatographie, Spektroskopie und Kolorimetrie ist. Biosensoren sind viel billiger und einfacher zu handhaben als diese traditionellen Methoden, sind ihnen jedoch in den analytischen Eigenschaften oft unterlegen. Derzeit ist die Forschung im Bereich der Biosensorik im Gange [1].

Nach der klassischen Definition der International Association of Researchers in Fundamental and Applied Chemistry ist ein Biosensor ein integriertes Gerät basierend auf Rezeptor und Transducer, das quantitative oder semiquantitative Analysen mit biologischen Erkennungselementen durchführen kann [2]. Nach der Art des Wandlers werden Biosensoren in mehrere Gruppen eingeteilt (elektrochemisch, optisch, piezoelektrisch usw.), von denen elektrochemische Biosensoren eine der größten Gruppen sind und wiederum in amperometrische, potentiometrische, konduktometrische und impedimetrische unterteilt werden [3] .

Eine der wichtigen analytischen Eigenschaften von Biosensoren ist ihre Selektivität, d. h. die Fähigkeit, nur die Zielverbindung zu identifizieren. Die Selektivität des Biosensors wird durch die Selektivität des biologischen Materials und die Selektivität des Transducers bestimmt. Grundsätzlich sind Enzyme und Antikörper, die in elektrochemischen Biosensoren als Biomaterial verwendet werden, sehr selektiv, während Elektroden, die als Wandler dienen, eher unselektiv sind. Die Selektivität des Biosensors ist von besonderer Bedeutung, wenn mit echten biologischen Flüssigkeiten oder anderen komplexen Proben gearbeitet wird; Daher ist ihre Untersuchung ein notwendiger Schritt in der Entwicklung von Biosensoren.

In Blutserum, Urin, Liquor cerebrospinalis etc. finden sich Störsubstanzen, die an der Oberfläche von Schallköpfen chemische Reaktionen eingehen können und so bei der biosensorischen Messung der Zielsubstanz zu falschen Ergebnissen führen. Die wichtigsten Störstoffe in biologischen Proben sind Ascorbinsäure, Cystein, Homocystein, Harnsäure, Dopamin, Glutathion usw. Ihre Konzentrationen im menschlichen Blutserum sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Um die Oxidation störender Substanzen auf der Elektrodenoberfläche zu verhindern, gibt es hauptsächlich zwei Ansätze – eine Verringerung des Arbeitspotentials durch Einbringen zusätzlicher Substanzen in die bioselektive Membran oder die Abscheidung zusätzlicher semipermeabler Membranen, die einen selektiven Zugang der Zielsubstanz zur Elektrodenoberfläche ermöglicht [ 4]. Die Abscheidung semipermeabler Membranen ist methodisch einfacher und beeinträchtigt die Funktion des Biosensors geringfügig.

Bei Biosensoren oxidiert oder reduziert Wasserstoffperoxid an der Elektrode und somit wird das Biosensorsignal erzeugt. Ein aktuelles Thema ist daher die Entwicklung nanoporöser Filme, die für Wasserstoffperoxid durchlässig sind und das Eindringen anderer Stoffe verhindern. Unter diesen Membranen finden die Polymerfilme auf Basis von Phenylendiamin (PD) große Beachtung [5]. Membran auf Polyphenylendiamin (PPD)-Basis weist Nanoporen auf; ihre Größe reicht aus, um niedermolekulare Verbindungen, einschließlich Wasserstoffperoxid, durch die Membran zur Elektrodenoberfläche zu durchdringen. Andererseits verhindert die Membran den Durchgang oder die Oxidation größerer Substanzen wie Ascorbinsäure oder Dopamin. Somit verbessert die Membran die Selektivität für Wasserstoffperoxid, was wiederum die Genauigkeit des Biosensors erhöht. In mehreren Arbeiten wurden verschiedene PD-Isomere und Methoden zur PD-Polymerisation untersucht. Insbesondere wurden PPD-Membranen auf Ruthenium-beschichteten Kohlefaser-Mikroelektroden durch Elektroabscheidung bei konstantem Potenzial (+ 0,7 V) gebildet, wenn Biosensoren auf Basis von Glucoseoxidase, Lactatoxidase und Glutamatoxidase hergestellt wurden [6]. Drei PD-Isomere wurden getestet; die Ergebnisse mit meta-Isomer waren die besten. Da noch eine gewisse Empfindlichkeit gegenüber Ascorbinsäure bestehen blieb, wurde Ascorbatoxidase zugesetzt, um sie vollständig zu eliminieren. In [7] untersuchten die Autoren PPD-Membranen, die auf Pt-Ir-Zylindern durch CV- oder Konstantpotentialamperometrie abgeschieden wurden. Die Empfindlichkeit gegenüber Ascorbinsäure nahm merklich ab, da die Membranen auf Basis von meta- und ortho-Isomeren bei einem konstanten Potential oxidiert wurden, während die Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoffperoxid nur um 10 % abnahm. Die Ergebnisse, die mit PPD-Membranen, die auf Palladium-Scheibenelektroden abgeschieden wurden, erhalten wurden, waren ganz andere [8]. Elektroabscheidung von m -PD durch CV verursachte die Bildung von Filmen mit einer dreifach höheren Wasserstoffperoxid-Permeabilität im Vergleich zu m -PD-Oxidation bei konstantem Potential. Also, m -PD erwies sich unter allen Isomeren als bevorzugt. Der kürzlich berichtete Wasserstoffperoxidsensor mit CV-abgeschiedenem o -PD-Film mit Au-Nanopartikeln [9] zeigte eine gute Vermeidung von Störeffekten. Im Allgemeinen kann geschlossen werden, dass m -PD ist anderen für alle Elektroden überlegen, wobei der Ablauf der PD-Polymerisation im Einzelfall optimiert werden sollte. Darüber hinaus können PD-basierte Membranen auch in Sensoren ohne das biologische Element verwendet werden. Wie kürzlich gezeigt wurde, konnte Rinderserumalbumin mit einem Sensor auf Basis von konjugierten Copolymeren von PD und anderen aromatischen Verbindungen nachgewiesen werden (es wurde eine Löschung der Proteinfluoreszenz nach Bindung an das Copolymer beobachtet) [10].

Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, verschiedene Methoden der m -Phenylendiaminabscheidung und wählen Sie ein optimales Verfahren zur PPD-Bildung auf den Platinscheibenelektroden.

Methoden

Materialien

Ascorbinsäure, Cystein, Harnsäure, Dopamin, Wasserstoffperoxid, m -Phenylendiamin und HEPES wurden von Sigma-Aldrich Chemie (USA) bezogen. Alle anderen Chemikalien waren p.a. Klasse.

Die Proben des menschlichen Blutserums wurden vom Wissenschaftlichen und Praktischen Zentrum für Nephrologie und Hämodialyse der Stadt Kiew (Ukraine) erhalten.

Design von amperometrischen Wandlern

In dieser Arbeit dienten selbstgefertigte Platinscheibenelektroden als amperometrische Wandler. Platindraht mit einem Durchmesser von 0,4 mm und einer Länge von 3 mm wurde an einem Ende einer Glaskapillare mit einem Außendurchmesser von 3,5 mm versiegelt. Ein offenes Ende des Drahtes war die Arbeitsfläche des Wandlers. Ein inneres Ende des Platindrahtes wurde mit einer Wood'schen Legierung an ein Ende eines Silberdrahtes innerhalb der Kapillare gelötet; sein anderes Ende war mit einem Potentiostaten verbunden. Die Elektroden wurden wiederholt verwendet; Vor der Verwendung wurde ihre Arbeitsfläche 30 s lang mit HCl behandelt, mit Ethanol gewaschen und mit Schleifpapier P1500 PS 8A geschliffen.

Messmethoden

Die UV-vis-Absorptionsspektren der Proben wurden auf dem Spektrometer Thermo Evolution 600 im Wellenlängenbereich von 200–900 nm im diffusen Reflexionsmodus unter Verwendung einer Integrationskugel gemessen. Als Blindproben für m . wurden der Spectralon-Standard für diffuse Reflexion und eine Platinscheibe verwendet -Phenylendiamin-Pulver bzw. PPD-Schicht auf der Oberfläche der Pt-Elektrode.

Für elektrochemische Messungen wurden Arbeitselektroden in einer klassischen elektrochemischen Zelle platziert, wobei eine Hilfselektrode (Platindraht) und eine Referenzelektrode (Ag/AgCl in gesättigtem KCl) an den PalmSens-Potentiostaten (Palm Instruments BV, Niederlande) angeschlossen waren. Die Verwendung des achtkanaligen Multiplexers (vom gleichen Hersteller), der an den Potentiostat angeschlossen ist, ermöglichte die gleichzeitige Überwachung der Signale von acht Elektroden; Bei unserer Arbeit verwendeten wir jedoch aufgrund der geringen Größe der Arbeitszelle normalerweise drei Elektroden.

Die chronoamperometrischen Messungen („amperometrische Detektionstechnik“) wurden bei Raumtemperatur in einer offenen 3-mL-Glasküvette unter permanentem Rühren mit einem Magnetrührer und bei konstantem Potenzial von 0,6 V gegen Ag/AgCl-Referenzelektrode durchgeführt. Als Arbeitspuffer wurden in allen Experimenten 10 Millimolar HEPES, pH 7,4, verwendet. Die Substratkonzentrationen in der Arbeitszelle wurden durch Zugabe von Aliquots von Stammlösungen (50 mM Wasserstoffperoxid, 20 mM Ascorbinsäure, 3 mM Cystein, 4,5 mM Harnsäure, 2,1 mM Dopamin) ermittelt. Kurz vor dem Experiment wurden neue Lösungen hergestellt. Alle elektroaktiven Substanzen außer Harnsäure wurden im Arbeitspuffer gelöst; Harnsäure wurde aufgrund seiner geringen Löslichkeit in destilliertem Wasser mit 5 mM NaBrO₃ . gelöst . Phenylendiamin wurde in 40 mM Phosphatpuffer, pH 7,4, gelöst.

Die Cyclovoltammetrie wurde in der gleichen Messzelle ohne Rühren durchgeführt. Startpotential war 0 V, Endpotential +0,9 V, Abtastrate (Geschwindigkeit der Potenzialänderung) 20 mV/s und Schritt der Potenzialänderung 5 mV.

Alle Experimente wurden in drei Wiederholungen durchgeführt. Die Daten in den Tabellen und Abbildungen stellen einen Mittelwert von Experimenten ± Standardabweichung dar, berechnet mit dem OriginLab OriginPro 8.5-Programm.

Ergebnisse und Diskussion

Um die Gründe für die Abscheidung einer zusätzlichen Membran auf dem amperometrischen Wandler zur Verbesserung seiner Selektivität für Wasserstoffperoxid zu bestätigen, war es notwendig, die Empfindlichkeit und Selektivität dieses Wandlers hinsichtlich möglicher Interferenzen zu überprüfen.

Biosensoren können sowohl für Messungen in unverdünnten als auch verdünnten Proben eingesetzt werden. Die Verdünnungsmöglichkeit hängt von der Konzentration der zu analysierenden Substanz und der Empfindlichkeit des Biosensors ab:Wenn der Biosensor die Zielsubstanz in Konzentrationen identifizieren kann, die dutzendfach niedriger sind als die tatsächlichen in den Proben, sollte letztere verdünnt werden, um die Störstoffgehalt und verbessern so die Array-Genauigkeit. Darüber hinaus ermöglicht es eine Dutzendfache Verringerung des für Messungen erforderlichen Substratvolumens.

Manchmal ist die Konzentration der analysierten Substanz zu gering oder eine Verdünnung aus technischen Gründen unerwünscht. Zum besseren Verständnis der Funktion amperometrischer Wandler wurden elektroaktive Materialien in drei Konzentrationen verwendet:(1) relevant für Blutserum, (2) 20-fach niedriger als (1), dh 20-fache Verdünnung, und (3) 100- Verdünnung falten. Die Biosensor-Antworten auf elektroaktive Substanzen in drei Konzentrationen wurden unter Verwendung des bloßen Wandlers vor der PPD-Filmabscheidung empfangen und die Wandlerempfindlichkeit wurde berechnet (Tabelle 2). Wie zu sehen war, war die Empfindlichkeit gegenüber Dopamin und Ascorbinsäure am höchsten, gegenüber Cystein – am niedrigsten. Ascorbinsäure und Harnsäure können jedoch aufgrund ihrer wesentlich höheren Konzentrationen in biologischen Proben als Hauptstörstoffe angesehen werden. Die Wandlerreaktionen auf diese Substanzen sind um eine Größenordnung größer als die Reaktion auf die Zielsubstanz Wasserstoffperoxid. Für Messungen in biologischen Proben ist der blanke Schallkopf daher wegen der starken Störeinwirkung ungeeignet. Andererseits wurden nach 100-facher Verdünnung die Reaktionen auf Cystein und Dopamin vernachlässigbar, und die Reaktion auf alle Störstoffe betrug insgesamt nur etwa 20 % der Reaktion auf Wasserstoffperoxid, was bedeutet, dass der Sensor in einigen Fällen auch ohne zusätzliche Modifikationen verwendet.

Derzeit gibt es nur bruchstückhafte Informationen über die Methoden der PPD-Membranabscheidung auf Wandlern. Daher wurde in der nächsten Arbeitsphase evaluiert, welche der beiden gängigsten und vielversprechendsten Methoden besser durchführbar ist.

Bei der ersten Methode wurden PPD-Membranen auf der Oberfläche einer Platinscheibenelektrode durch Elektropolymerisation von Molekülen des monomeren Phenylendiamins unter Verwendung unterschiedlicher Potentiale (Cyclic Voltammetry) abgeschieden. Die Aufnehmer mit Referenz- und Hilfselektroden wurden in einer Arbeitszelle mit Phenylendiaminlösung platziert und eine Reihe von zyklischen Voltammogrammen wurden erstellt [7]. Ein Beispiel für das Experiment ist in Abb. 1 gezeigt. Während des ersten zyklischen Voltammogramms (CVA) wurde aufgrund der Phenylendiaminoxidation ein signifikanter Anstieg des Stroms bei einem Potenzial im Bereich von 0,5 bis 0,9 V beobachtet. Während der zweiten und nachfolgenden CVAs nahm der Strom signifikant ab, was auf eine geringere Geschwindigkeit der Elektropolymerisation hinweist. Wie die folgenden Experimente zeigten, hielt die Bildung der PPD-Membran jedoch über alle CV an.

Zyklische Voltammogramme, die bei der Phenylendiamin-Elektropolymerisation auf der Wandleroberfläche erhalten wurden

Die zweite Methode der PPD-Membranabscheidung besteht in der Oxidation von Phenylendiamin bei einem konstanten Potential von + 0,7 V über eine feste Zeit (40 min) [11]. Der Vergleich der Wandlerreaktionen bei Verwendung beider Abscheidungsmethoden ist in Tabelle 3 dargestellt. Nachfolgend wurden die Reaktionen auf die elektroaktiven Substanzen ohne die PPD-Membran als 100 % angenommen. Die nach beiden Methoden abgeschiedenen Membranen verhinderten recht effektiv Interferenzen – es wurde nur eine schwache Cysteinempfindlichkeit beobachtet. Andererseits erhöhte sich die Empfindlichkeit des Wandlers gegenüber Wasserstoffperoxid nach der Voltammetrie um das 2,6-fache. Dies kann durch die Elektroaktivierung des Platins während der Voltammetrie erklärt werden, nicht jedoch durch die Wirkung der PPD-Membran. Eine solche Zunahme der Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoffperoxid wurde auch nach dem Erhalten von Cyclovoltammogrammen in Phosphatpuffer ohne Phenylendiamin beobachtet. Nach der Membranabscheidung bei konstantem Potential wurde keine Elektroaktivierung festgestellt und die Reaktionen auf Wasserstoffperoxid änderten sich nicht. Daher erwies sich die Verwendung der Cyclovoltammetrie aus drei Gründen als vorzuziehen:weniger Zeit für eine Abscheidung (20 im Vergleich zu 40 Minuten), effizientere Hemmung von Cystein und bessere Reaktion auf Wasserstoffperoxid.

Die Cyclovoltammetrie hat jedoch einen Nachteil:Voltammogramme können gleichzeitig an nur einer Elektrode erstellt werden (auch mit Multiplexer), während die Membranabscheidung bei konstantem Potenzial den gleichzeitigen Anschluss von 8–16 Arbeitselektroden (je nach Multiplexertyp) ermöglicht. Daher sollte sich die weitere Arbeit auf die Optimierung der Bedingungen von zyklischen Voltammogrammen konzentrieren, um die Zeit für die Vorbehandlung des Schallkopfs zu verkürzen.

Es wird angenommen, dass die TE-Elektropolymerisation durch CV und Konstantpotentialamperometrie auf verschiedenen Wegen und über einen recht komplizierten Mechanismus abläuft [12]. Somit beinhaltet CV ein hohes angelegtes Potential, was zur Bildung weniger konjugierter Oligomere von PD führt. Aus diesem Grund wird angenommen, dass bei der PD-Polymerisation durch CV die Poren größer sind und die Permeabilität der PPD-Schicht im Vergleich zur Polymerisation bei konstantem Potential höher ist [8, 13]. Wie im Abschnitt „Hintergrund“ erwähnt, kamen jedoch verschiedene Autoren zu widersprüchlichen Schlussfolgerungen über die bevorzugte Methode der PD-Abscheidung, und in vielen Fällen lieferte CV gute Ergebnisse. Unserer Meinung nach können sowohl die CV- als auch die Konstantpotentialamperometrie die Erzeugung von PPD-Membranen mit guten permselektiven Eigenschaften ermöglichen, und eine Optimierung ist für jeden Einzelfall erforderlich.

Die PPD-Membran war auf der Elektrodenoberfläche als einheitlicher transparenter goldbrauner Film deutlich sichtbar. Um zu bestätigen, dass es sich tatsächlich um PPD handelt, wurde die PD-Polymerisation zusätzlich durch Spektroskopie bestätigt. Das diffuse UV-vis-Reflexionsspektrum des Films (Abb. 2) zeigt intensive Absorptionsbanden bei 222 und 315 nm, ähnlich den Banden des Monomers und bezogen auf die Elektronenübergänge in den aromatischen Ringen [14], während die strukturlose Absorption bei 400–800 nm, mit der Wellenlänge stetig abnehmend, bezieht sich auf π − π * Elektronenübergänge im hochkonjugierten aromatischen System aus leitfähigem PPD-Polymer.

UV-vis diffuse Reflexionsspektren von m -Phenylendiamin und PPD-Membran, gebildet auf der Pt-Elektrode

Zur besseren Interpretation der erhaltenen Ergebnisse wäre es sinnvoll, die Porengröße in den mit verschiedenen Methoden hergestellten PPD-Membranen abzuschätzen. Eine direkte Bestimmung der Porengröße in einer PPD-Membran ist jedoch fast unmöglich, da die Membran aus mehreren PD-Schichten besteht und die Poren in den unteren Schichten unterschiedlich groß sein können. Killoran und O’Neill haben festgestellt, dass die Dicke der effektiven Membran von m -PD betrug 15 nm, und die Querschnittsfläche eines oligomeren Polymerstrangs wurde von del Valle et al. war 1 nm [7, 15]. Somit enthält die PPD-Membran etwa 15 Polymerschichten. Da die PPD-Membran hydrophobe und isolierende Eigenschaften hat, sollte die Membran perforierende Nanoporen aufweisen, die sich bis zur Elektrodenoberfläche erstrecken und den Bypass von Wasserstoffperoxidmolekülen ermöglichen, andernfalls H₂ O₂ können nicht oxidiert werden und erzeugen ein amperometrisches Signal. Die Poren sind definitiv nicht einheitlich und der minimale Durchmesser der Poren sollte weniger als 1 nm betragen, um elektroaktive Moleküle abzulehnen, und daher ist es selbst mit Elektronen- oder Rasterkraftmikroskopen ziemlich schwierig, die Poren zu analysieren. Aus diesen technischen Gründen ist es viel einfacher, die Wirksamkeit der PPD-Membran abzuschätzen, indem die Membranpermeabilität für verschiedene Moleküle bewertet wird. Ein solcher indirekter Ansatz ist weit verbreitet und ermöglicht den Vergleich praktischer Eigenschaften verschiedener Membranen.

Die Wirksamkeit von PPD-Membranen, die unter Verwendung verschiedener Zyklenvoltammogramme abgeschieden wurden, wurde getestet (Abb. 3).

Effizienz von PPD-Membranen, die mit unterschiedlicher Anzahl von CVAs abgeschieden wurden

Die von einem CVA abgeschiedene PPD-Membran reichte offensichtlich nicht aus, um den Einfluss von Störstoffen zu eliminieren. Hier war jedoch der Effekt der Platin-Elektroaktivierung am stärksten. Bei weiterem Anstieg der Voltammogrammzahl nahm die Reaktion auf Störstoffe ab, gleichzeitig nahm aber auch die Empfindlichkeit des Wandlers gegenüber Wasserstoffperoxid ab, wahrscheinlich wegen einer zu dicken PPD-Schicht, die die Substanzdiffusion behindert. Drei CVAs reichten für ein vollständiges Verschwinden der Reaktionen auf Dopamin und Harnsäure und eine signifikante Abnahme der Reaktionen auf Ascorbinsäure und Cystein aus. Daher wurden drei CVAs als optimal gewählt und die Phenylendiaminkonzentration bis zur vollständigen Eliminierung der störenden Wirkung erhöht (Abb. 4).

Effizienz von PPD-Membranen, die bei verschiedenen Phenylendiaminkonzentrationen abgeschieden wurden

Insbesondere war die Verwendung von 5 mM Phenylendiamin ausreichend, um die Reaktionen auf Störstoffe geringer Konzentrationen, die nach der Probenverdünnung verbleiben, zu eliminieren, jedoch unzureichend, um mit unverdünnten Proben zu arbeiten. Eine Erhöhung der Phenylendiaminkonzentration auf 20 mM und drei CVAs erwiesen sich als ausreichend, um die Cysteinwirkung vollständig zu beseitigen und die Reaktion auf Ascorbinsäure auf das niedrigste Niveau (0,1 % der Reaktion auf Ascorbinsäure ohne PPD-Membran) zu senken. Die Verwendung einer höheren (bis zu 100 mM) Phenylendiaminkonzentration führte zu einer zweifachen Abnahme der Wandlerempfindlichkeit gegenüber Wasserstoffperoxid, wahrscheinlich aufgrund einer zu dicken PPD-Schicht. Daher ist die Abscheidung einer PPD-Membran unter Verwendung von drei CVAs in 30 mM Phenylendiamin ein optimales Verfahren. Da ein Voltammogramm etwa 2 Minuten dauerte, dauerte die Membranabscheidung auf einem Sensor 6 Minuten.

Als nächstes wurde die Stabilität der PPD-Membran untersucht. Nach der Abscheidung der PPD-Membranen wurden die Sensoren für 2 h in den Arbeitspuffer gelegt und die Reaktionen auf Wasserstoffperoxid, Ascorbinsäure und Cystein gemessen, um die Änderungen der Membranpermselektivität zu bewerten (Abb. 5). Es zeigte sich, dass die Reaktionen auf Wasserstoffperoxid während der Arbeit leicht zunahmen, während kleine Reaktionen auf Störstoffe noch geringer wurden. Wahrscheinlich geschah dies, weil Ascorbinsäure und Cystein nach und nach einige große Poren in der PPD-Schicht verstopften. Dieses Experiment hat gezeigt, dass die PPD-Membran mindestens 2 h lang ohne signifikanten Verlust ihrer Selektivität für Wasserstoffperoxid verwendet werden kann.

Stabilität der PPD-Membran während 2 Stunden. Die Reaktionen auf drei Substanzen wurden auf die anfängliche Reaktion auf die entsprechende Substanz nach der PPD-Ablagerung normalisiert

Die Lagerstabilität der PPD-Membran wurde untersucht. Die Sensoren mit aufgebrachten PPD-Membranen wurden 8 Tage lang bei − 18 °C trocken gelagert; In regelmäßigen Abständen wurden die Sensoren aufgetaut und Reaktionen auf Wasserstoffperoxid, Ascorbinsäure und Cystein gemessen (Abb. 6). In diesem Zeitraum erhöhte sich die Empfindlichkeit der Sensoren gegenüber Wasserstoffperoxid um das 2,5-fache; die Empfindlichkeit gegenüber Ascorbinsäure und Cystein änderte sich nicht. Dieser Effekt kann durch ein langsames Quellen der PPD-Membran erklärt werden, das zu einer Verbesserung der Wasserstoffperoxid-Diffusion durch die PPD-Schicht führte.

Lagerstabilität der PPD-Membran. Die Reaktionen wurden auf die Reaktion auf H₂ . normalisiert O₂ am ersten Tag

Schließlich wurde die Wirksamkeit der PPD-Membran bei der Analyse von echten biologischen Proben validiert. Die Wandler ohne Membranen zeigten schwache Signale nach Zugabe von Blutserum zu der Arbeitszelle aufgrund der Anwesenheit von elektroaktiven Verbindungen. Nach Abscheidung der Membran wurden jedoch keine Antworten erhalten. Ähnliche Ergebnisse wurden mit dem Lysat von Neuronen erhalten. Diese Experimente zeigen, dass die entwickelte Methode der PPD-Abscheidung auf Platinscheibenelektroden effektiv ist und die modifizierten Wandler für die Arbeit mit komplexen biologischen Proben verwendet werden können.

Es ist hilfreich, die in dieser Arbeit entwickelte Methode zur PPD-Abscheidung mit den zuvor beschriebenen Methoden zu vergleichen (Tabelle 4).

Wie zu sehen ist, ist die vorgestellte Methode die schnellste und die Blockierungseigenschaften der erhaltenen Membran sind besser oder zumindest nicht schlechter als die anderer PPD-Membranen.

Schlussfolgerungen

Wir untersuchten die Ablagerungsbedingungen einer semipermeablen Membran auf Polyphenylendiamin-Basis mit dem Ziel, den Einfluss von Störsubstanzen auf den Biosensorbetrieb zu verringern. Es wurde gezeigt, dass die Elektropolymerisation von Phenylendiamin durch zyklische Voltammetrie im Vergleich zur Elektropolymerisation bei konstantem Potential einfacher war und bessere Eigenschaften der Membran lieferte. Die Abhängigkeit der Wirksamkeit der PPD-Membran von der Anzahl der zyklischen Voltammogramme und der Phenylendiaminkonzentration wurde untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der Einfluss von Störsubstanzen auf den Sensorbetrieb durch die Verwendung von drei Zyklenvoltammogrammen in 30 mM Phenylendiamin vollständig eliminiert werden kann. Andererseits ist es beim Arbeiten mit verdünnten Proben, d. h. niedrigeren Konzentrationen an elektroaktiven Substanzen, sinnvoll, die Phenylendiamin-Konzentration auf 5 mM zu senken, was aufgrund einer dünneren PPD-Schicht zu einer höheren Empfindlichkeit des Wandlers gegenüber Wasserstoffperoxid führen würde. Die PPD-Membran kann ohne signifikanten Verlust ihrer Selektivität für Wasserstoffperoxid während mindestens 2 h kontinuierlichem Betrieb verwendet und mindestens 8 Tage gelagert werden. Es wurde gezeigt, dass der Transducer mit der PPD-Membran nicht empfindlich gegenüber den in biologischen Proben vorhandenen elektroaktiven Substanzen ist und für die Biosensorherstellung verwendet werden kann.