ГИБКИЙ ГРАФИТОВЫЙ ЭЛЕКТРОД НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО MnO2 ДЛЯ БЕСФЕРМЕНТНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ

  • Ekaterina A. Nikolaeva Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
  • Ivan S. Filimonenkov Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Sergei A. Urvanov Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Vladimir Z. Mordkovich Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236610.6y
Ключевые слова: бесферментное электроокисление глюкозы, гибкий электрод, электролитический диоксид марганца, электроосаждение

Аннотация

Непрерывный мониторинг глюкозы (НМГ) считается наиболее совершенной системой малоинвазивного контроля уровня сахара в крови. Рабочий электрод датчика для НМГ должен обладать такими свойствами, как гибкость для обеспечения безопасности внедрения под кожу, стабильность аналитического сигнала, устойчивость к воздействию температуры, pH среды, влажности и механической нагрузки (трение об одежду при ношении или случайном ударе). Ферментативные датчики, на основе которых работает подавляющее большинство современных глюкометров, подвержены всем перечисленным выше воздействиям как в процессе работы, так и при хранении из-за фермента глюкозооксидазы, входящей в состав электрода датчика. В этой связи разработка бесфер-ментного электрода для окисления глюкозы до сих пор остается актуальной задачей. Данная работа посвящена изготовлению гибкого углеродного электрода на основе электролитического диоксида марганца для бесферментного окисления глюкозы и установлению зависимости электрокаталитической активности MnO2 от потенциала его осаж-дения на гибкую графитовую фольгу (ГФ) из раствора MnSO4. В результате исследования показано, что электролитический MnO2 может выступать в качестве бесферментного электрокатализатора окисления глюкозы, причем потенциал осаждения диоксида марганца на графитовую подложку оказывает заметное влияние на активность получаемого электрокатализатора. Установлено, что наибольшей активностью обладает диоксид марганца, получаемый в условиях медленной скорости осаждения, при этом гибкий графитовый электрод на его основе имеет широкий линейный диапазон (1-30 мМ) зависимости тока окисления от квадратного корня из концентрации глюкозы. Чувствительность электрода при температурах 25 и 36 ºС составила 11,4 и 22,3 мкА/(см2·мМ0,5), соответственно, что в свою очередь подтверждает, что датчик не только не выходит из строя при повышении температуры, но и становится в два раза чувствительнее в условиях, более близких к реальному практическому применению.

Для цитирования:

Николаева Е.А., Филимоненков И.С., Урванов С.А., Мордкович В.З. Гибкий графитовый электрод на основе электролитического MnO2 для бесферментного окисления глюкозы. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 10. С. 14-23. DOI: 10.6060/ivkkt.20236610.6y.

Литература

Ahmadian N., Manickavasagan A., Ali A. // J. Med. Eng. Technol. 2022. V. 47. N 2. P. 121–130. DOI: 10.1080/03091902.2022.2100496.

Pathak S., Kearin K., Kahkoska A.R., Fuller K.A., Staats B., Albright J., Stürmer T., Buse J.B., Urick B.Y. // Diabetes Technol. Ther. 2022. V. 25. N 3. P. 169–177. DOI: 10.1089/dia.2022.0418.

Cappon G., Vettoretti M., Sparacino G., Facchinetti A. // Diabetes Metab. J. 2019. V. 43. N 4. P. 383–397. DOI: 10.4093/dmj.2019.0121.

Tian K., Prestgard M., Tiwari A. // Mater. Sci. Eng. C. 2014. V. 41. P. 100–118. DOI: 10.1016/j.msec.2014.04.013.

Ji L., Guo L., Zhang J., Li Y., Chen Z. // J. Diabetes Sci. Technol. 2023. V. 17. N 1. P. 208–213. DOI: 10.1177/ 19322968211037991.

Hwang D.W., Lee S., Seo M., Chung T.D. // Anal. Chim. Acta. 2018. V. 1033. P. 1–34. DOI: 10.1016/j.aca.2018.05.051.

Dong Q., Ryu H., Lei Y. // Electrochim. Acta. 2021. V. 370. P. 137744. DOI: 10.1016/j.electacta.2021.137744.

Tang W., Fan W., Zhang W., Yang Z., Li L., Wang Z., Chiang Y.-L., Liu Y., Deng L., He L., Shen Z., Jacobson O., Aronova M. A., Jin A., Xie J., Chen X. // Adv. Mater. 2019. V. 31. N 19. P. 1–10. DOI: 10.1002/adma.201900401.

Sun Y., Wang Y., Liu Y., Wang H., Yang C., Liu X., Wang F. // Adv. NanoBiomed Res. 2023. V. 3. N 1. P. 1–21. DOI: 10.1002/anbr.202200093.

Vukojević V., Djurdjić S., Ognjanović M., Fabián M., Samphao A., Kalcher K., Stanković D.M. // J. Electro-anal. Chem. 2018. V. 823. P. 610–616. DOI: 10.1016/j.jelechem. 2018.07.013.

Si P., Dong X.C., Chen P., Kim D.H. // J. Mater. Chem. B. 2013. V. 1. N 1. P. 110–115. DOI: 10.1039/c2tb00073c.

Zhu Z., Garcia-Gancedo L., Flewitt A. J., Xie H., Moussy F., Milne W.I. // Sensors. 2012. V. 12. N 5. P. 5996–6022. DOI: 10.3390/s120505996.

Wang H.X. // Electrochim. Acta. 2017. V. 225. P. 121–128. DOI: 10.1016/j.electacta.2016.12.130.

Divagar M., Sriramprabha R., Ponpandian N., Viswanathan C. // Mater. Sci. Semicond. Process. 2018. V. 83. P. 216–223. DOI: 10.1016/j.mssp.2018.04.034.

Yan G., Lian Y., Gu Y., Yang C., Sun H., Mu Q., Li Q., Zhu W., Zheng X., Chen M., Zhu J., Deng Z., Peng Y. // ACS Catal. 2018. V. 8. N 11. P. 10137–10147. DOI: 10.1021/acscatal.8b02203.

Gibson A.J., Johannessen B., Beyad Y., Allen J., Donne S.W. // J. Electrochem. Soc. 2016. V. 163. N 5. P. 305–312. DOI: 10.1149/2.0721605jes.

Jacob G.M., Zhitomirsky I. // Appl. Surf. Sci. 2008. V. 254. N 20. P. 6671–6676. DOI: 10.1016/j.apsusc.2008.04.044.

Larionova M.P., Solovieva N.D., Savelieva E.A. // ChemChemTech [Izv. Vyss. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 11. P. 71–76. DOI: 10.6060/ivkkt.20206311.6242.

Pankratov I.S., Pochkina S.Y., Solovieva N.D., Yalymova T.Y. // ChemChemTech [Izv. Vyss. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 6. P. 44–50. DOI: 10.6060/ivkkt.20226506.6590.

Kireev S.Y., Kireeva S.N. // ChemChemTech [Izv. Vyss. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 10. P. 65–71. DOI: 10.6060/ivkkt.20216410.6439.

Shekhanov R.F., Balmasov A.V., Mokretsov N.E., Gridchin S.N. // ChemChemTech [Izv. Vyss. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 10. P. 72–77. DOI: 10.6060/ivkkt.20216410.6449.

Vinokurov E.G., Margolin L.N., Farafonov V.V. // ChemChemTech [Izv. Vyss. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 8. P. 4–38. DOI: 10.6060/ivkkt.20206308.6212.

Shchegolkov A.V., Knyazeva L.G., Shchegolkov A.V., Komarov F.F., Parfimovich I.D. // Ros. Khim. Zhurn. 2020. V. 64. N 3. P. 55–62. DOI: 10.6060/rcj.2020643.6.

Shchegolkov A.V., Lipkin M.S., Shchegolkov A.V. // Ros. Khim. Zhurn. 2021. V. 65. N 4. P. 49–55. DOI: 10.6060/rcj.2021654.8.

Griaznova M.I., Lugvishchuk D.S., Gryaznov K.O., Filimonenkov I.S., Mitberg E.B., Karaeva A.R., Mordko-vich V.Z. // ChemChemTech [Izv. Vyss. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 11. P. 59–64. DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.3y.

Ponnusamy R., Venkatesan R., Kandasamy M., Chakraborty B., Rout C.S. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 487. P. 1033–1042. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.05.190.

Dupont M.F., Donne S.W. // Electrochim. Acta. 2014. V. 120. P. 219–225. DOI: 10.1016/j.electacta.2013.12.014.

Dai X., Zhang M., Li J., Yang D. // RSC Adv. 2020. V. 10. N 27. P. 15860–15869. DOI: 10.1039/d0ra01681k.

Sambrook J., Russell D.W. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. New York: Cold Spring Harbor. 1989. P. A1.7

Handa Y., Watanabe K., Chihara K., Katsuno E., Horiba T., Inoue M., Komaba S. // J. Electrochem. Soc. 2018. V. 165. N 11. P. 742–749. DOI: 10.1149/2.0781811jes.

Chou S., Cheng F., Chen J. // J. Power Sources. 2006. V. 162. N 1. P. 727–734. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2006.06.033.

Matsuki K., Endo T., Kamada H. // Electrochim. Acta. 1984. V. 29. N 7. P. 983–993. DOI: 10.1016/0013-4686(84)87146-7.

Nikolaeva E.A., Urvanov S.A., Filimonenkov I.S., Mordkovich V.Z. // J. Adv. Mater. Technol. 2022. V. 7. N 4. P. 299–309. DOI: 10.17277/jamt.2022.04.pp.299-309.

Опубликован
2023-08-10
Как цитировать
Nikolaeva, E. A., Filimonenkov, I. S., Urvanov, S. A., & Mordkovich, V. Z. (2023). ГИБКИЙ ГРАФИТОВЫЙ ЭЛЕКТРОД НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО MnO2 ДЛЯ БЕСФЕРМЕНТНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 66(10), 14-23. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236610.6y
Выпуск
Том 66 № 10 (2023)
Раздел
ХИМИЯ неорганич., органич., аналитич., физич., коллоидная, высокомол. соединений