Biosensor matrices based on titania gel modified with carbon nanomaterials

Celem niniejszej pracy było zbadanie matryc biosensorów opartych na żelu ditlenku tytanu modyfikowanym nanostrukturalnymi materiałami węglowymi jakimi są wielościenne nanorurki węglowe (MWCNTs) oraz węgiel mezoporowaty CMK-3. Dodatkowymi składnikami matryc były również polikationit PDDA (chlorek poli(diallilodimetyloamoniowy)), nanocząstki złota, Nafion® oraz aldehyd glutarowy. Sprawdzono możliwość wykorzystania modyfikowanych zoli w konstrukcji bioczujników stosując tyrozynazę jako enzym modelowy. Wykonując pomiary woltamperometrii cyklicznej w roztworze pirokatechiny (o-hydroksybenzenu), w zakresie stężeń od 8,00 do 80,00 µmol•dm-3 oszacowano czułość każdego kompozytu, oraz wyznaczono wartości stałych Michaelisa-Menten, które są odzwierciedleniem powinowactwa unieruchomionego enzymu do analitu. Nanostrukturę zaproponowanych matryc badano wykorzystując skaningową mikroskopię elektronową (SEM). Na podstawie uzyskanych wyników dla badanych bioczujników wybrano ten, zawierający Tyr/TiO2/CMK-3/Nafion/PDDA(1,0 µl/elektr.), charakteryzujący się najlepszymi parametrami, takimi jak najwyższa wartość czułości, stosunkowo niska wartość stałej Michalelisa-Menten oraz wytrzymałość mechaniczna. Ostatnim etapem badań była charakterystyka analityczna wybranego bioczujnika, obejmująca wyznaczenie czułości w niskim zakresie stężeń (1,35 µA•µmol-1•dm3), zakresu liniowego (5,06 – 23,46 µmol•dm-3), granicy wykrywalności (0,42 µmol•dm-3), granicy oznaczalności (1,26 mol•dm-3), powtarzalności (RSD = 4,2%) oraz odtwarzalności (RSD = 3,4%).

The aim of this study was to examine biosensor matrices based on titania gel modified with carbon nanomaterials: multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and mesoporous carbon CMK-3. Matrix composites were additionally enriched by PDDA (poly (diallyldimethylammonium)), gold nanoparticles (AuNPs), Nafion® and glutaraldehyde (GA). Tyrosinase was used as model active biological component. Cyclic voltammetry measurements were carried out in a catechol solution (o-hydroxybenzene) in the concentration range of 8.00 to 80.00 µmol•dm-3. Sensitivity of each biosensor composite and corresponding value of Michaelis-Menten constants, an indicator of biological affinity of biosensor to substrate, were estimated. The morphology of matrix nanocomposites was characterized by SEM images. For more detailed experiments biosensor with Tyr/TiO2/CMK-3/Nafion/PDDA (1.0 µl/electrode) matrix composite was selected, as it exhibited good mechanical strength, the highest sensitivity toward catechol and relatively low Michalelis-Menten constant. Analytical characteristics of proposed biosensor were evaluated with respect to sensitivity at low concentrations (1.35 µA•mol-1•dm3), linear range (5.06 - 23.46 µmol•dm-3), detection limit (0.42 µmol•dm-3), limit of quantification (1.26 µmol•dm-3), repeatability (RSD = 4.2%) and reproducibility (RSD = 3.4%).