ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИОСЕНСОРОВ ОТ МОРФОЛОГИИ СЛОЁВ ОКСИДА ЦИНКА
DOI:
https://doi.org/10.26577/RCPh.2022.v83.i4.04Ключевые слова:
оксид цинка, электрохимические свойства, биосенсор биосенсор, глюкозаАннотация
Cахарный диабет, связанный с дефицитом инсулина и высокой концентрацией глюкозы в крови, является одной из основных причин смерти и инвалидности в мире. Непрерывный мониторинг уровня глюкозы в крови позволяет предотвратить болезни сердца, почечную недостаточность или слепоту. В связи с этим необходима быстрая, точная и экономичная идентификация уровня глюкозы в крови. Поэтому изготовление экономичного, простого в использовании, точного, портативного и быстрого биосенсора для определения глюкозы имеет решающее значение при сахарном диабете. Широкое распространение получили электрохимические биосенсоры для идентификации глюкозы. В данной работе массивы высокоориентированных наностержней ZnO, полученных низкозатратным методом химического осаждения из раствора, были использованы в качестве амперометрического ферментативного электрода, в котором глюкозооксидаза (GOx) была иммобилизована посредством физической адсорбции. Исследованы морфология, оптические и электрохимические свойства изготовленного модифицированного электрода ITO/ZnO/GOx/Нафион. Изучено влияние морфологии слоёв оксида цинка на активность фермента и биосенсора. Полученные модифицированные электроды ITO/ZnO/GOx/Нафион с массивами упорядоченных тонких наностержней ZnO показали высокую чувствительность ~50 мкА/мМ·см2 при обнаружении глюкозы в растворе, т.е. наностержни ZnO с высокой удельной площадью поверхности являются прекрасной платформой для иммобилизации глюкозооксидазы в биосенсорах.
Библиографические ссылки
2 Jayakumar K., Bennett R., Leech D. Electrochemical glucose biosensor based on an osmium redox polymer and glucose oxidase grafted to carbon nanotubes: A design-of-experiments optimisation of current density and stability // Electrochimica Acta. – 2021. – Vol. 371. – P.137845.
3 Haghparas Z., Kordrostami Z., Sorouri M., Rajabzadeh M., Khalifeh R. Highly sensitive non-enzymatic electrochemical glucose sensor based on dumbbell-shaped double-shelled hollow nanoporous CuO/ZnO microstructures // Sci. Rep. – 2021. – Vol. 11. – P.344.
4 Arif D., Hussain Z., Sohail M., Liaqat M.A., Khan M.A., Noor T. A Non-enzymatic Electrochemical Sensor for Glucose Detection Based on Ag@TiO2@ Metal-Organic Framework (ZIF-67) Nanocomposite // Front. Chem. – 2020. – Vol. 8. – P. 573510.
5 Hassan M.H., Vyas C., Grieve B., Bartolo P. Recent Advances in Enzymatic and Non-Enzymatic Electrochemical Glucose Sensing // Sensors (Basel). – 2021. – Vol. 21(14). – P. 4672.
6 Nakhaeki H., Mogharnasi M., Fanaei H. Effect of swimming training on levels of asprosin, lipid profile, glucose and insulin resistance in rats with metabolic syndrome // Obesity Med. – 2019. – Vol. 15. – P.100111.
7 Tang J., Wei L., He S., Li J., Nan D., Ma L., Shen W., Kang F., Lv R., Huang Z. A Highly Sensitive Electrochemical Glucose Sensor Based on Room Temperature Exfoliated Graphite-Derived Film Decorated with Dendritic Copper // Materials. – 2021. – Vol. 14 (17). – P. 5067.
8 Kedruk Y.Y., Baigarinova G.A., Gritsenko L.V., Cicero G., Abdullin Kh. A. Facile Low-Cost Synthesis of Highly Photocatalitycally Active Zinc Oxide Powders // Frontiers of Materials. – 2022. – Vol. 9. – p. 1-11.
9 Maraeva E.V., Permiakov N.V., Kedruk Y.Y., Gritsenko L.V., Abdullin Kh.A. Creating a virtual device for processing the results of sorption measurements in the study of zinc oxide nanorods // Chimica Techno Acta. – 2020. – Vol. 7, №4. - p. 154-158.
10 Aydoğdu G., Zeybek D.K., Pekyardımcı Ş., Kılıç E. A novel amperometric biosensor based on ZnO nanoparticles-modified carbon paste electrode for determination of glucose in human serum // Artif. Cells Nanomed. Biotechnol. – 2013. – Vol. 41 (5). – p. 332–338.
11 Arya S.K., Saha S., Ramirez-Vick J.E., Gupta V., Bhansali Sh., Singh S.P. Recent advances in ZnO nanostructures and thin films for biosensor applications: Review // Anal. Chim. Acta. – 2012. – Vol. 737. – p. 1–21.
12 Bagyalakshmi S., Sivakami A., Balamurugan K.S. A ZnO nanorods based enzymatic glucose biosensor by immobilization of glucose oxidase on a chitosan film // Obesity Medicine. – 2020. – Vol. 18. – P. 100229.
14 Zhai Y., Zhai Sh., Chen G., Zhang K., Yue Q., Wang L., Liu J., Jia J. Effects of morphology of nanostructured ZnO on direct electrochemistry and biosensing properties of glucose oxidase // J. Electroanal. Chem. – 2011. – Vol. 656. – p. 198–205.
15 Saidi R., Ashrafizadeh F., Raeissi K., Kharaziha M. Electrochemical aspects of zinc oxide electrodeposition on Ti6Al4V alloy // Surface and Coatings Technology. – 2020. – Vol. 402. – P. 126297.
16 Majid F., Bashir M., Bibi I., Raza A., Ezzine S., Alwadai N., Iqbal M. ZnO nanofibers fabrication by hydrothermal route and effect of reaction time on dielectric, structural and optical properties // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – Vol. 18. – p. 4019-4029.
17 Jones A., Mistry K., Kao M., Shahin A., Yavuz M., Musselman K.P. In-situ spatial and temporal electrical characterization of ZnO thin films deposited by atmospheric pressure chemical vapour deposition on flexible polymer substrates // Sci Rep. – 2020. – Vol.10. – P.19947.
18 Wang J., He Y., Luo T.-Ch., Li Y., Zhou Zh., Fan B., Li J., Wang G. Simulation and experimental verification study on the process parameters of ZnO-MOCVD // Ceramics International – 2021. – Vol. 47, Issue 11. – p. 15471-15482.
19 Vasin A.V., Rusavsky A.V., Bortchagovsky E.G., Gomeniuk Y.V., Nikolenko A.S., Strelchuk V.V., Yatskiv R., Tiagulskyi S., Prucnal S., Skorupa W., Nazarov A.N. Methane as a novel doping precursor for deposition of highly conductive ZnO thin films by magnetron sputtering // Vacuum. – 2020. – Vol. 174. – P.109199.
20 Podrezova L.V., Cauda V., Stassi S., Cicero G., Abdullin Kh.A., Alpysbaeva B.E. Properties of ZnO nanorods grown by hydrothermal synthesis on conductive layers // Crystal Research and Technology. – 2014. – Vol. 49 (8). – p. 599-605.
21 Kurudirek S.V., Pradel K.C., Summers C.J. Low-temperature hydrothermally grown 100 μm vertically well-aligned ultralong and ultradense ZnO nanorod arrays with improved PL property // J. Alloys Compd. – 2017. – Vol. 702. – p. 700–709.
22 Rusdi R., Rahman A.A., Mohamed N.S., Kamarudin N., Kamarulzaman N. Preparation and Band gap Energies of ZnO Nanotubes, Nanorods and Spherical Nanostructures // Powder Technol. – 2011. – Vol. 210. – p. 18–22.
