Wetenschappers van de faculteit scheikunde van de Lomonosov Moscow State University hebben een op polymeren gebaseerde elektrochemische sensor ontwikkeld met moleculaire imprinting gericht op de detectie van sachariden en hydroxyzuren. De enzymvrije sensor maakt meting van de glucose- en melkzuurconcentratie mogelijk. Ze hebben de resultaten gepresenteerd in Sensoren en actuatoren B:Chemisch .

Vita Nikitina, een junior onderzoeker aan de Faculteit Scheikunde van de Lomonosov Moscow State University en een van de auteurs van het project, deelt:"De meeste sensoren zijn elektrochemisch. Dit betekent dat de glucoseconcentratie wordt gemeten in termen van stroomdichtheid, geregistreerd met behulp van een enzymelektrode-biosensor met behulp van een teststrip. Echter, het gebruik van enzymen voor chemische detectie van stoffen die van belang zijn in dergelijke apparaten heeft zijn nadelen, meestal in verband met lage stabiliteit van enzymen en de noodzaak om speciale opslag- en bedrijfsomstandigheden en biosensor wegwerpbaarheid te bieden."

In hun project hebben de chemici van de Lomonosov Moscow State University zochten naar alternatieve enzymvrije apparaten. De sensor die ze ontwikkelden is een elektrode die is gemodificeerd door een dunne polymeerlaag. Dergelijke sensoren zijn niet alleen eenvoudig te produceren, maar ook stabieler in gebruik en opslag. Bovendien, reagentia voor hun productie zijn enorm goedkoper dan enzymen.

Nikitina zegt, "In de structuur van het polymeer dat we op het oppervlak van de elektrode hebben gesynthetiseerd, er zijn functionele groepen, namelijk boorzuren, in staat om veelvoorkomende laagmoleculaire verbindingen zoals sacchariden (glucose en fructose) en hydroxyzuren (melkzuur en wijnsteenzuur) te detecteren. In het project, we hebben laten zien hoe onze sensoren kunnen worden gebruikt voor de detectie van deze stoffen. Een door de sensor gegenereerd signaal wordt op elektrochemische wijze geregistreerd, vergelijkbaar met enzymelektroden. Echter, in tegenstelling tot amperometrische glucosemeters, ons apparaat is gebaseerd op een ander principe, namelijk de verandering van de geleidbaarheid van het polymeer."

Het genereren van een elektrisch geleidende polymeercoating op het oppervlak van elektroden blijkt een niet-triviale taak te zijn. Uitwerking en grondige optimalisatie van de omstandigheden en parameters van elektropolymerisatie waren de sleutel tot het project. Polymeren werden gesynthetiseerd onder de huidige actie, stroomt door de werkelektrode, geplaatst in een elektrochemische cel met monomeeroplossing. Als resultaat van dit elektrochemische proces, het in water onoplosbare polymeer wordt afgezet op het elektrodeoppervlak.

De chemici hebben een polymeer gesynthetiseerd met behulp van een moleculaire imprinting-methode. Het impliceert de vorming van speciale gebieden (afdrukken) in het materiaal, en deze regio's herkennen alleen die moleculen die zijn gebruikt als matrijzen tijdens polymeersynthese. dergelijke materialen, moleculair geheugen bezitten, zou kunnen worden toegepast als een gevoelige laag van chemische sensoren voor de detectie van bepaalde stoffen. Elektrochemische polymerisatie van gesubstitueerd aniline werd uitgevoerd in aanwezigheid van sjabloonmoleculen, namelijk hydroxyzuren en sachariden. Na polymerisatie, deze moleculen werden uit de polymeermatrix verwijderd. Echter, in zijn driedimensionale structuur, enkele ruimtes (zogenaamde moleculaire imprints) bleven over. Deze afdrukken in termen van de vorm, grootte en oriëntatie van functionele groepen zijn complementair aan deze templatemoleculen. Dit effect, het "moleculaire geheugen" van een polymeer, geeft het materiaal de mogelijkheid om verbindingen te detecteren die als sjablonen zijn gebruikt.

Om de sensor te testen, de onderzoekers plaatsten het in een elektrochemische cel, waar het geanalyseerde monster zich bevindt. Als er sachariden of hydroxyzuren in het geanalyseerde monster zijn geweest, dan boorzuurgroepen van het polymeer ermee binden, resulterend in de groei van de geleidbaarheid van het polymeer, die is geregistreerd met behulp van een elektrochemische impedantiespectroscopietechniek.

Vita Nikitina zegt, "We hebben aangetoond dat het mogelijk is om multisensorische systemen te creëren op basis van uitgewerkte sensoren met verschillende selectiviteit. Deze systemen maken het mogelijk om de concentratie van verschillende stoffen in biochemische processen te monitoren. Dergelijke sensoren kunnen worden gebruikt voor de detectie van hoogmoleculaire stoffen en zelfs hele cellen, met structurele fragmenten van sacchariden of hydroxyzuren."