ИСТИНА

В последние годы растет интерес к электрохимическим биосенсорам третьего поколения, функционирующих за счет прямого переноса электронов между активным центром фермента и электродом [1]. Такие биосенсоры не требуют присутствия второго субстрата, менее подвержены мешающему влиянию интерферирующих соединений и не зависят от концентрации растворенного кислорода. При создании биосенсоров третьего поколения необходимо проводить дополнительную модификацию поверхности электрода из-за затрудненного доступа к активному центру фермента. Для повышения эффективности биоэлектрокатализа используют углеродные нанотрубки [2], графдиин [3], углеродный криогель [4]. Однако при разработке сенсоров, предназначенных для массового производства, необходимо использовать более простые способы модификации. В настоящей работе для создания глюкозных биосенсоров третьего поколения разработан подход совместной одностадийной иммобилизации пирролохинолинхинон-зависимой глюкозодегидрогеназы и углеродных наночастиц (УНЧ) в матрице полимера Nafion. УНЧ способствуют ориентации фермента и увеличивают площадь электроактивной поверхности, не приводя к значительному увеличению фонового сигнала. Биосенсоры исследовали в режиме хроноамперометрии при добавлении различных количеств глюкозы. Экспериментальная зависимость плотности тока от концентрации глюкозы аппроксимируется уравнением Михаэлиса-Мэнтен. Наблюдаемая константа Михаэлиса практически не зависит от размера иммобилизуемых УНЧ, что подтверждает их хорошую проводимость. В разрабатываемых биосенсорах предельные каталитические токи в 35 раз выше, по сравнению с сенсорами, полученными в результате иммобилизации фермента без внедрения УНЧ (7,1 мкА·см-2 в отличие от 0,2 мкА·см-2). Предел обнаружения биосенсоров составляет 0,1 мкМ. Для подтверждения сопряжения биохимического и электрохимического процессов зарегистрировали циклические вольтамперограммы, где при добавлении глюкозы наблюдали увеличение каталитических токов в анодной области, обусловленное редокс-процессом с участием активного центра фермента. Разработанный подход совместной одностадийной иммобилизации фермента и УНЧ позволяет не только упростить изготовление сенсоров, но и добиться низких пределов обнаружения. В дальнейшем на базе биосенсоров возможно создание устройств для определения малых концентраций глюкозы. Это расширяет область возможного применения биосенсоров и позволяет их использовать, например, для неинвазивного контроля глюкозы в поте человека. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 20-33-70107).