کاربرد نانومواد در الکتروشیمی (3)

3- افزایش سرعت انتقال الکترون

تماس الکتریکی پروتئینهای ردوکس با الکترودها یک فرایند کلیدی در ساخت زیست حسگرهای نسل سوم است و به دلیل مزایایی مانند سنجش های در جا، سریع، بدون نیاز به معرف و افراد متخصص در زمینه های مختلف توسعه یافته اند. از آنجا که ارتباط الکترونی مستقیم بین پروتئینهای ردوکس¹ و الکترود، عامل محدود کننده در توسعه زیست حسگرهای نسل سوم است (وجود ساختارهای سه بعدی پیچیده، واقع شدن مرکز ردوکس در عمق پروتئین و عدم دسترسی آسان به جایگاه فعال)، یافتن اصلاحگر مناسب برای برقراری و بهبود انتقال الکترون برای پروتئین تثبیت شده، کمک شایانی در طراحی این نسل از زیست حسگرهای تشخیصی می کند. خواص رسانندگی نانوذرات، آنها را برای افزایش انتقال الکترون بین مراکز فعال پروتئینها و الکترودها مناسب ساخته است.

یک مثال خوب شناخته شده، کار گروه ویلنر می باشد (شکل 1). نانوذرات 1/4nm طلا با N^{6 _} (2_آمینو اتیل)-فلاوین آدنین دی نوکلئوتید² عاملدار شدند؛ سپس با آپوگلوکز اکسیداز ³ به هم پیوسته و روی یک تک لایه دی تیول ⁴ متصل به الکترود طلا سوار شدند. متناوباً نانوذرات طلای عاملدار توانست ابتدا روی الکترود سوار شده و متعاقباً به آپوگلوکز اکسیداز بپیوندد. الکترود آنزیمی انتقال الکترون بسیار سریع بین مرکز ردوکس آنزیم و الکترود به کمک نانوذرات طلا ارائه داد و ثابت میزان انتقال الکترون تقریباً  s^-15000 یافت شد که تقریباً 7 برابر سریعتر از آنچه بین گلوکز اکسیداز و بستر طبیعی آن، اکسیژن می باشد.

CNTs قادرند به عنوان حد واسط انتقال الکترون سبب تسهیل سینتیک واکنش های الکتروشیمیایی شوند. در اصل این الکترودها برگشت پذیری بهتر و جریان خازنی کمتری نشان داده اند. هنگامی که با
یک مایع نگهدارنده مناسب مخلوط شده باشند، تجدید پذیری سطح راحت تر بوده و در نهایت امکان مشتق سازی شیمیایی را جهت تثبیت گروههای عاملی خاص در الکترود اصلاح شده فراهم می سازند.

به عنوان مثال مطالعات روبیاس ⁵ و ریواس 6 از مزایای الکترودهای خمیرکربنی نانولوله ای

(CNTPE) که به راحتی با استفاده از روغن معدنی به عنوان نگهدارنده تهیه می شوند گزارش داده اند. طبق این کار تحقیقی، CNTPE تهیه شده خصوصیات CPE، مثل قابلیت پذیرش انواع اصلاحگرها، جریان زمینه پایین، تجدید پذیری آسان و طبیعت ترکیبی آن را دارا می باشد. بنابراین این الکترود ترکیبی جدید از توانایی نانو لوله ی کربن در افزایش سرعت انتقال الکترون بهره می برد ( شکل 11 ).

شکل 1 . جفت شدن الکتریکی نانو ذرات طلا-گلوکز اکسیداز بازسازی شده به یک الکترود توسط: (a جذب نانو ذرات طلا- گلوکز اکسیداز به تک لایه دی تیول متصل به الکترود طلا و (b جذب نانو ذرات عاملدار با FAD روی دی تیول اصلاح شده الکترود طلا به دنبال آپو گلوکز اکسیداز روی نانوذرات عملکردی

شکل 2 . ولتاموگرامهای چرخه ای برای محلولهای 1/. میلی مولار از (A) اسکوربیک اسید، (B) اوریک اسید، (C) دوپامین، (D) دوپاک در سطح الکترودهای مختلف: خط چین (CPE) نقطه چین ( CPE حاوی 10 % وزنی CNT ) و خط پر (CNTPE) الکترولیت حامل بافر فسفات 0/05 مولار با 4=pH و سرعت روبش پتانسیل 100 ^1-mVs می باشد.

1-Redox

2-N6-(2-aminoethyl)-flavin adenine dinucleotide

3-Apoglucose oxidase

Dithiol-4
5- Rubias
6- Rivas

منبع:

1) Xiliang Luo, Aoife Morrin, Anthony J. Killard, Malcolm R. Smyth, "Application of Nanoparticles in Electrochemical Sensors and Biosensors", 2005.