Application of silicalite for improvement of enzyme adsorption on the stainless steel electrodes

Abstract

Aim. Improvement of analytical characteristics of an enzyme biosensor based on new inexpensive perspective stainless steel electrodes using silicalite nanoparticles. Methods. Conductometric enzyme biosensor was used. Results. Three methods of glucose oxidase (GOx) immobilization were studied and compared: GOx adsorption on silicalite modified electrodes (GOx-SME); cross-linking by glutaraldehyde without silicalite (GOx-GA); GOx adsorption on SME along with cross-linking by glutaraldehyde (GOx-SME-GA). The GOx-SME-GA biosensors based on stainless steel electrodes were characterized by 12–25-fold higher sensitivity comparing with other biosensors. The developed GOx-SME-GA biosensors were characterized by good reproducibility of glucose biosensors construction (relative standard deviation (RSD) – 18 %), improved signal reproducibility (RSD of glucose determination was 7 %) and good storage stability (29 % loss of activity after 18 days). Conclusions. The method of enzyme immobilization using silicalite together with GA cross-linking sufficiently enhances the enzyme adsorption on the stainless steel electrodes and improves the analytical parameters of biosensors. This method is found to be promising for further creation of other enzyme biosensors.

Мета. Покращення аналітичних характеристик ферментних біосенсорів на основі нових недорогих перспективних електродів з нержавіючої сталі за допомогою наночастинок силікаліту. Методи. Використано кондуктометричний біосенсор з іммобілізованою глюкозооксидазою як біоселективним елементом та сталеві електроди як перетворювачі. Результати. Застосовано і порівняно три методи іммобілізації глюкозооксидази (ГО) на поверхні датчиків: адсорбція ГО на модифікованій частинками силікаліту поверхні електрода; поперечне зшивання ГО з глутаровим альдегідом (ГА) без використання силікаліту; сорбція ГО на модифікованому силікалітом електроді у комбінації з поперечним зшиванням з ГА. Біосенсори з ферментами, іммобілізованими на поверхні сталевого електроду за рахунок сорбції на шарі силікаліту у комбінації з поперечним зшиванням з ГА, мають в 12–25 разів вищу чутливість порівняно з іншими біосенсорами. Ця ж група біосенсорів характеризується високою відтворюваністю сигналів між різними партіями (відносне стандартне відхилення (ВСВ) становить 18 %), а також відтворюваністю в одній партії з ВСВ 7 %. Таким біосенсорам притаманна висока стабільність при зберіганні (втрата лише 29 % від первинного сигналу після 18 днів зберігання). Висновки. Показано, що використання частинок силікаліту поряд з методом поперечного зшивання з ГА значно підвищує сорбцію ферментів на поверхні датчиків з нержавіючої сталі під час іммобілізації, а також покращує аналітичні параметри біосенсорів. Цей метод іммобілізації ферментів може бути застосований для подальшого удосконалення роботи біосенсорів.

Цель. Улучшение аналитических характеристик ферментных биосенсоров на основе новых недорогих перспективных электродов с помощью наночастиц силикалита. Методы. Использовали кондуктометрический биосенсор с иммобилизованной глюкозооксидазой в качестве биоселективного элемента и стальные электроды как преобразователь. Результаты. Сопоставлены между собой три метода иммобилизации глюкозооксидазы (ГО) на поверхности преобразователей: адсорбция ГО на поверхности модифицированных силикалитом электродов; поперечная сшивка ГО с глутаровым альдегидом (ГА) без использования силикалита; адсорбция ГО на модифицированном силикалитом преобразователе в комбинации с поперечной сшивкой с ГА. Биосенсоры, созданные вследствие комбинации сорбции ГО на слое силикалита на поверхности стального электрода и сшивки с ГА, имеют чувствительность в 12–25 раз выше, нежели другие биосенсоры. Биосенсоры этой же группы отличаются высокой воспроизводимостью сигналов между разными партиями (относительное стандартное отклонение (ОСО) составляет 18 %), и воспроизводимостью внутри одной партии с ОСО 7 %. Такие биосенсоры обладают высокой стабильностью при хранении (потеря чувствительности в первые 18 дней хранения достигает лишь 29 %). Выводы. Показано, что использование частиц силикалита одновременно с методом поперечной сшивки с ГА в значительной степени повышает сорбцию ферментов на поверхности преобразователей из нержавеющей стали во время иммобилизации, а также улучшает аналитические парметры бисоенсоров. Такой метод иммобилизации ферментов может быть применен для дальнейшего усовершенствования работы биосенсоров.