Amperometric glucose biosensor with the IrNPs/Ludox – modified enzyme matrix

Abstract

Aim. To develop an amperometric biosensor based on glucose oxidase (1.1.3.4) from Aspergillus niger immobilized in the IrNPs/Ludox/GOx matrix for glucose detection. Methods. To achieve a highly selective and sensitive glucose detection, the enzymatic membrane was functionalized with Ir nanoparticles (IrNPs) and silica composite Ludox. The enzymatic selective layer was formed on the surface of a platinum disk electrode using immobilization in glutaraldehyde vapor. Results. The voltamperometric characteristics of the transducers with modified IrNPs/Ludox/GOx matrix were studied. Enzyme immobilization on the surface of amperometric transducers was optimized to perform sample analysis. Modified transducers improved biosensor sensitivity. The analytical characteristics of amperometric transducer were determined: detection limit is 0.1 µM (s/n = 3), linear working range is 0.05–3.2 mM, sensitivity is 106 mA×M⁻¹×cm⁻². Conclusions. Application of the matrix modified with Ir nanoparticles and silica composite Ludox was investigated for the amperometric glucose biosensor as the most studied model of biosensors. A significant increase in the biosensor sensitivity was obtained using the new approach of glucose oxidase immobilization; therefore application of the matrix modified with mesoporous silica composite and nanometals opens new possibilities to obtain a bioselective membrane of high sensitivity and stability at the development of new electrochemical biosensors.

Мета. Розробити амперометричний біосенсор на основі іммобілізованої глюкозооксидази (1.1.3.4) з Aspergillus niger, іммобілізованій в матриці IrNPs/Ludox/GOx, для виявлення глюкози в реальних рідинах. Методи. Для отримання високоселективного та чутливого визначення концентрації глюкози ферментна мембрана була функціоналізована наночастинками Ir (IrNP) та кремнієвим композитом Ludox. Ферментний селективний шар був утворений на поверхні платинового дискового електроду шляхом іммобілізації в парах глутарового альдегіду. Результати. Вивчено вольтамперометричні характеристики перетворювачів, модифікованих матрицею IrNPs/Ludox/GOx, досліджено їх роботу. Оптимізовано метод іммобілізації ферменту на поверхню амперометричних перетворювачів для можливості проведення аналізів в реальних зразках. При порівнянні роботи немодифікованих та модифікованих перетворювачів, показано поліпшення чутливості біосенсора. Досліджено аналітичні характеристики амперометричних перетворювачів: межа виявлення – 0,1 мкМ (s/n = 3), лінійний робочий діапазон – 0,05–3,2 мМ, чутливість – 106 mA×M⁻¹×cm⁻². Висновки. Розроблений біосенсор продемонстрував високу чутливість та може бути використаний у подальших експериментах з реальними зразками. Застосування матриці, модифікованої кремнієвим композитом та нанометалами, відкриває нові можливості для іммобілізації ферментів при розробці нових електрохімічних біосенсорів

Цель. Разработать биосенсор на основе глюкозооксидазы (1.1.3.4) из Aspergillus niger, иммобилизованной в матрице IrNPs/Ludox/GOx, для определения глюкозы в реальных жидкостях. Методы. Для получения высокоселективного и чувствительного определения концентрации глюкозы ферментная мембрана была функционализирована наночастицами Ir (IrNP) и кремниевым композитом Ludox. Ферментный селективный слой был образован на поверхности платинового дискового электрода путем иммобилизации в парах глутарового альдегида. Результаты. Изучены вольамперометрические характеристики преобразователей, модифицированных матрицей IrNPs/Ludox/GOx, исследована их работа. Оптимизирован метод иммобилизации фермента на поверхность амперометрических преобразователей для возможности проведения анализов в реальных образцах. При сравнении работы немодифицированных и модифицированных преобразователей, показано улучшение чувствительности биосенсора. Исслледованы аналитические характеристики амперометрических преобразователей: предел обнаружения - 0,1 мкм (s/n=3), линейный рабочий диапазон – 0,05–3,2 мм, чувствительность –106 mA×M⁻¹×cm⁻². Выводы. Разработанный биосенсор показал высокую чувствительность и может быть использован в дальнейших экспериментах с реальными образцами. Применение матрицы, модифицированной кремниевым композитом и нанометаллами, открывает новые возможности для иммобилизации ферментов при разработке новых электрохимических биосенсоров.