Наноструктурированные композиты на основе графена и наночастиц кобальта в составе моноаминоксидазных биосенсоров для определения антидепрессантов

Разработаны амперометрические моноаминоксидазные биосенсоры на основе печатных графитовых электродов, модифицированных наноструктурированными композитами графена (ВГО) и наночастиц кобальта (НЧСо) для определения лекарственных веществ антидепрессивного действия: тианептина, тиоридазина и флуоксетина. Сочетания углеродных наноматериалов с наночастицами металлов (нанокомпозиты) позволяют не только сохранить свойства отдельных компонентов, но и за счет их совместного вклада приводят к новому качеству разрабатываемых устройств. Наноматериал-модификатор наносили на поверхность печатных графитовых электродов методом капельного испарения. Закрепление ВГО на поверхности происходит за счет электростатического взаимодействия между его карбоксильными группами и аминогруппами аминопроизводного на платформе полиэфирополиола (H20–NH₂). НЧCo получали электрохимически методом хроноамперометрии при потенциале E = –1,0 В и разном времени накопления (50 и 60 с). Согласно данным атомно-силовой микроскопии преимущественный размер НЧCo составляет (40 ± 2) и (78 ± 8) нм в зависимости от времени электрохимического накопления НЧ. Спектроскопия электрохимического импеданса показала, что наименьшими значениями сопротивления переноса электрона характеризуются нанокомпозиты ВГО-хитозан/НЧCo и ВГО-(H20–NH₂)/НЧCo. Использование выбранных нанокомпозитов для модификации поверхности электродов позволило улучшить аналитические характеристики разработанных биосенсоров: обеспечить более широкий диапазон рабочих концентраций — от 1 · 10^–4 до 5 · 10^–9 моль/л, больший коэффициент чувствительности, лучший коэффициент корреляции и меньшее значение нижней границы определяемых концентраций (c_н). Показана возможность использования биосенсоров для контроля качества антидепрессантов при определении основного лекарственного вещества в лекарственных препаратах и биологических жидкостях. При использовании в качестве субстрата тирамина для определения флуоксетина, тиоридазина и тианептина c_н составляет (7 – 9) · 10^–10 моль/л.

1. Kokkinos C., Economou A., Prodromidis M. I. Electrochemical immunosensors: Critical survey of different architectures and transduction strategies / Trends Anal. Chem. 2016. Vol. 79. P. 88 – 105.

2. Li F., Li Y., Feng J., et al. Ultrasensitive amperometric immunosensor for PSA detection based on Cu2O@CeO2-Au nanocomposites as integrated triple signal amplification strategy / Biosens. Bioelectron. 2017. Vol. 87. P. 630 – 637.

3. Çeviketal E., Bahar Ö., Şenel M., et al. Construction of novel electrochemical immunosensor for detection of prostate specific antigen using ferrocene-PAMAM dendrimers / Biosens. Bioelectron. 2016. Vol. 86. P. 1074 – 1079.

4. De Jesus D. S., Couto C. M. C. M., Araujo A. N., et al. Amperometric biosensor based on monoamine oxidase (MAO) immobilized in sol/gel film for benzydamine determination in pharmaceuticals / J. Pharm. Biomed. Anal. 2003. Vol. 33. N 5. P. 983 – 990.

5. Sharma S., Raghav R., O’Kennedy R., et al. Advances in ovarian cancer diagnosis: A journey from immunoassays to immunosensors / Enzyme Microb. Technol. 2016. Vol. 89. P. 15 – 30.

6. Lin C.-H., Wu C.-C., Kuo Y.-F. A high sensitive impedimetric salbutamol immunosensor based on the gold nanostructure-deposited screen-printed carbon electrode / J. Electroanal. Chem. 2016. Vol. 768. P. 27 – 33.

7. Feng J., Li Y., Li M., et al. A novel sandwich-type electrochemical immunosensor for PSA detection based on PtCu bimetallic hybrid (2D/2D) rGO/g-C3N4 / Biosens. Bioelectron. 2017. Vol. 91. P. 441 – 448.

8. Zhu Q., Liu H., Zhang J., et al. Ultrasensitive QDs based electrochemiluminescent immunosensor for detecting ractopamine using AuNPs and Au nanoparticles@PDDA-graphene as amplifier / Sens. Actuators B. 2017. Vol. 243. P. 121 – 129.

9. Zhang X., Ding S.-N. Sandwich-structured electrogenerated chemiluminescence immunosensor based on dual-stabilizers-capped CdTe quantum dots as signal probes and Fe3O4-Au nanocomposites as magnetic separable carriers / Sens. Actuators B. 2017. Vol. 240. P. 1123 – 1133.

10. Roushani M., Valipour A. Using electrochemical oxidation of Rutin in modeling a novel andsensitive immunosensor based on Pt nanoparticle and graphene-ionicliquid-chitosan nanocomposite to detect human chorionic gonadotropin / Sens. Actuators B. 2016. Vol. 222. P. 1103 – 1111.

11. Wang Y., Fan D., Wu D., et al. Simple synthesis of silver nanoparticles functionalized cuprous oxide nanowires nanocomposites and its application in electrochemical immunosensor / Sens. Actuators B. 2016. Vol. 236. P. 241 – 248.

12. Wang S., Lu L., Yang M., et al. A novel cobalt hexacyanoferrate nanocomposite on CNT scaffold by seed medium and application for biosensor / Anal. Chim. Acta. 2009. Vol. 651. P. 220 – 226.

13. Lee H. U., Park C., Kim S. W. Immobilization of glucose oxidase onto cobalt based on silica core/shell nanoparticles as carrier / Process Biochem. 2012. Vol. 47. P. 1282 – 1286.

14. Shahrokhian S., Ghalkhani M., Adeli M., et al. Multi-walled carbon nanotubes with immobilised cobalt nanoparticle for modification of glassy carbon electrode: Application to sensitive voltammetric determination of thioridazine / Biosens. Bioelectron. 2009. Vol. 24. P. 3235 – 3241.

15. Li T., Yang M., Li H. Label-free electrochemical detection of cancer marker based on graphene-cobalt hexacyanoferrate nanocomposite / J. Electroanal. Chem. 2011. Vol. 655. P. 50 – 55.

16. Bollella P., Fusco G., Tortolini C., et al. Beyond graphene: Electrochemical sensors and biosensors for biomarkers detection / Biosens. Bioelectron. 2017. Vol. 89. P. 152 – 166.

17. Pinto T. da S., Alves L. A., Cardozo G. de A., et al. Layer-by-layer self-assembly for carbon dots/chitosan-based multilayer: Morphology, thickness and molecular interactions / Mater. Chem. Phys. 2017. Vol. 186. P. 81 – 89.

18. Wang N., Pandit S., Ye L., et al. Efficient surface modification of carbon nanotubes for fabricating high performance CNT based hybrid nanostructures / Carbon. 2017. Vol. 111. P. 402 – 410.

19. Wisitsoraat A., Mensing J. Ph., Karuwan C., et al. Printed organo-functionalized graphene for biosensing applications / Biosens. Bioelectron. 2017. Vol. 87. P. 7 – 17.

20. Benchettara A., Benchettara A. Electrochemical sensor based on nanoparticles of cobalt oxides for determination of glucose / Mater. Today: Proc. 2015. Vol. 2. P. 4212 – 4216.

21. Медянцева Э. П., Брусницын Д. В., Варламова Р. М. и др. Амперометрические моноаминоксидазные биосенсоры на основе графитовых электродов и оксида графена как модификатора поверхности для определения некоторых антидепрессантов / Аналитика и контроль. 2014. Т. 18. № 4. С. 442 – 450.

22. Горкин В. З. Аминоксидазы и их значение в медицине. — М.: Медицина, 1981. — 336 с.

23. Кулис Ю. Ю. Аналитические системы на основе иммобилизованных ферментов. — Вильнюс: Мокслас, 1981. — 200 с.

24. Брусницын Д. В., Медянцева Э. П., Варламова Р. М. и др. Амперометрическое определение антидепрессантов моноаминооксидазными биосенсорами на основе углеродных нанотрубок и наночастиц серебра как химических модификаторов / Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2014. Т. 156. Кн. 2. С. 37 – 50.

25. Машковский М. Д. Лекарственные средства. — М.: Новая Волна, 2017. — 1216 с.

26. Медянцева Э. П., Брусницын Д. В., Варламова Р. М. и др. Возможности амперометрических моноаминооксидазных биосенсоров на основе модифицированных многостенными углеродными нанотрубками графитовых печатных электродов для определения некоторых антидепрессантов / Журн. аналит. химии. 2015. Т. 70. № 5. С. 470 – 475.

27. Медянцева Э. П., Брусницын Д. В., Варламова Р. М. и др. Влияние наноструктурированных материалов как модификаторов поверхности электродов на аналитические возможности амперометрических биосенсоров / Журн. прикл. химии. 2015. Т. 87. № 1. С. 45 – 54.

28. Брусницын Д. В., Медянцева Э. П., Варламова Р. М. и др. Углеродные наноматериалы как модификаторы поверхности электродов при разработке амперометрических моноаминоксидазных биосенсоров / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 6. С. 21 – 27.

29. Шайдарова Л. Г., Челнокова И. А., Романова Е. И. и др. Совместное вольтамперометрическое определение дофамина и мочевой кислоты на электроде, модифицированном самоорганизующимся монослоем цистамина с наночастицами золота / Журн. прикл. химии. 2011. Т. 84. № 2. С. 222 – 228.

30. Данилова Л. А. Анализы крови и мочи. — СПб.: Салит-Медкнига, 2003. — 128 с.