Makowska Justyna

Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej
Pracownia Elektroanalizy Chemicznej

Przepływowy bioczujnik dwuenzymatyczny oparty na zredukowanym tlenku grafenu do oznaczania etanolu.

Justyna Makowska

Promotor: dr Barbara Kowalewska

Celem pracy było zaprojektowanie i skonstruowanie przepływowego bioczujnika dwuenzymatycznego do utleniania etanolu. Jako biokatalizatory wykorzystano dehydrogenazę alkoholową (ADH) i dehydrogenazę aldehydową (AlDH). Enzymy te, współdziałając z kofaktorem – dinukleotydem nikotynoamidoadeninowym (NAD⁺), katalizują reakcje utleniania alkoholu etylowego do aldehydu octowego (ADH), a następnie aldehydu octowego do kwasu octowego (AlDH).

Do konstrukcji bioczujnika etanolowego wykorzystano elektrochemicznie zredukowany tlenek grafenu (ERGO) i wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT), co miało na celu zwiększenie szybkości transportu ładunku pomiędzy powierzchnią elektrody a centrum aktywnym enzymu. Zastosowane nanostruktury węglowe charakteryzują się unikalnymi właściwościami fizykochemicznymi, tj. stabilność chemiczna, dobre właściwości mechaniczne czy wysokie przewodnictwo elektronowe. W celu zapewnienia odpowiednich oddziaływań elektrostatycznych pomiędzy nanostrukturalną matrycą a cząsteczkami enzymów wielościenne nanorurki węglowe zmodyfikowano polichlorkiem diallilodimetyloamoniowym (PDDA) [1,2]. Zastosowanie wstrzykowej analizy przepływowej przyniosło wiele korzyści, m.in. utrzymanie stałych warunków pomiarowych, zmniejszenie zużycia odczynników i materiałów oraz wysoką powtarzalność i czułość zarejestrowanych sygnałów. Ponadto wykorzystanie dwóch elektrod pracujących umożliwiło rozseparowanie enzymów i przeprowadzenie pomiarów sekwencyjnych i symultanicznych w jednej przestrzeni reakcyjnej.

Otrzymany układ zoptymalizowano i zbadano pod kątem efektywności utleniania etanolu w środowisku obojętnym z wykorzystaniem metod elektrochemicznych tj. woltamperometria cykliczna i amperometria, co pozwoliło na wyznaczenie parametrów układu, m.in. stałej Michaelisa-Menten, czułości i limitu detekcji. Warto podkreślić,
że otrzymany układ bioelektrokatalityczny może być wykorzystany nie tylko jako bioczujnik do oznaczania etanolu w próbkach rzeczywistych, ale także jako anoda w bioogniwie paliwowym.

Literatura:
[1] Kowalewska B., Kulesza P.J., Electroanalysis, 2012, 24, 254.
[2] Kowalewska B., Kulesza P.J., Analytical Chemistry, 2012, 84, 9564.