Polimer fullerenowy z centrami metalicznymi jako matryca biosensorowa Edyta Gniazdowska

1. Celem pracy było stworzenie układu umożliwiającego redukcję tlenu z zastosowaniem enzymu - lakkazy. Jako podłoże do unieruchomienia lakkazy wykorzystałam polimer fullerenowy z centrami metalicznymi utworzony na elektrodzie Au (GC) podczas elektrochemicznej redukcji roztworu zawierającego C60 i [Pd(OAc)2]3, oraz TBAClO4 jako elektrolit podstawowy w mieszaninie acetonitryl/toluen (1:4v/v). Do tej pory badania nad fullerenami wykonywane były głównie w roztworach niewodnych, a zatem nowością było zbadanie stabilności i aktywności katalitycznej utworzonego polimeru C60 – Pd w buforze Mc Ilvaine’a o pH=4.2. Okazało się, że polimer fullerenowy bez nieruchomionego enzymu katalizuje redukcję tlenu, a potencjał tej reakcji zależy od potencjału redoks fullerenu. Jednak dodatek enzymu do matrycy polimerowej spowodował wyraźne zwiększenie prądów redukcji tlenu, lecz potencjał redukcji tlenu pozostał taki sam jak dla polimeru fullerenowego. Ponieważ wiadomo, że w procesie redukcji fullerenu tworzą się związki typu C60-M+, w których kationy metali stabilizują ujemny ładunek zredukowanego fullerenu, przeprowadziłam również pomiary w roztworach zawierających różne kationy metali. Zastąpienie jonów Na+ jonami K+ spowodowało korzystne, dodatnie przesunięcie potencjału redukcji tlenu o 50 mV, a dodatek jonów Cu2+ o dalsze 60 mV. Aby jeszcze bardziej zmienić potencjał redoks katalitycznej redukcji tlenu w układzie polimer fullerenowy/lakkaza podjęłam próbę unieruchomienia mediatorów reakcji enzymatycznej w matrycy polimerowej. Jak wynika z wcześniejszych pomiarów wykonanych na pracowni polipirydylowe związki Os w buforze o pH=4.2 wykazują potencjały o kilkaset mV bardziej dodatnie niż samego fullerenu. Aby unieruchomić te związki, zredukowałam polimer fullerenowy w roztworze acetonitrylu zawierającym tylko związki Os, bez dodatku elektrolitu podstawowego, tak aby nie były obecne inne kationy. Unieruchomienie mediatora spowodowało przesunięcie potencjału redukcji tlenu o ok. 100 mV w kierunku bardziej dodatnim. 1. Polimer (C60-Pd) i (C60-Pd)/Os(bpy)2 na Au (GC) 2. Biosensor (C60- Pd) /Os(bpy)22+/lakkaza na Au (GC) • Wnioski • Polimer (C60-Pd) utworzony w roztworach niewodnych jest stabilny w wodnym roztworze buforowym o pH 4.2 i ulega redukcji przy potencjałach bardziej ujemnych niż +0.2 V. • Redukcja tlenu na (C60-Pd) zachodzi przy potencjalach redukcji fullerenu, czyli przy potencjałach bardziej ujemnych niż 0.2 V. • Unieruchomienie enzymu - lakkazy na (C60-Pd) powoduje wzrost prądu, ale nie potencjału redukcji tlenu. • Unieruchomienie mediatora Os(bpy)22+ w polimerze fullerenowym powodujedodatnie przesunięcie potencjału redoks redukcji tlenu i wzrost gęstości prądu. Zmiany te zależą od użytego podłoża Au lub GC. • Unieruchomienie enzymu na (C60-Pd) /Os(bpy)22+ powoduje wzrost prądu redukcji tlenu w porównaniu z prądem charakterystycznym dla polimeru fullerenowego z mediatorem, a potencjał redukcji pozostaje taki sam jak dla tego polimeru. • Proces redukcji tlenu na (C60-Pd) w znacznym stopniu zależy od kationów dodanych do roztworu buforowego. Tworzenie polimeru 2 Cu2+ + benzonodiol  2Cu+ + quinone + 2H+2 Cu+ + ½ O2 + 2H+  2Cu2+ + 2H2O Au S. Shleev, A. Christenson, V. Serezhenkov, Biochem. J. (2005) 385, 745 Redukcja tlenu 100mV/s M = Pt, Pd, Ir, Rh L = ligand Au GC GC 5mV/s 0.3 mM C60 1.5 mM [Pd(CH3COO)2]3 0.1 M (TBA)PF6 toluen / acetonitryl (4:1, v/v) 5mV/s 100mV/s Dodatek enzymu do matrycy polimerowej spowodował wyraźne zwiększenie prądów, ale nie potencjału redukcji tlenu. Redukcja tlenu Au GC 5mV/s 5mV/s GC (C60-Pd) 5 mV/s (C60-Pd) (C60-Pd) / Os(bpy)22+ (C60-Pd)/Os(bpy)22+ Unieruchomienie mediatora (Osbpy)22+ na Au spowodowało tylko przesunięcie potencjału redukcji tlenu o ok. 30 mV w kierunku bardziej dodatnim, ale na GC - znacznie większe przesunięcie potencjału o ok. 300 - 400 mV i także czterokrotny wzrost prądu redukcji tlenu. Zastąpienie jonów Na+ jonami K+ i Cu 2+ spowodowało korzystne, dodatnie przesunięcie potencjału redukcji tlenu. • Polimer fullerenowy z centrami metalicznymi jako matryca biosensorowa • Edyta Gniazdowska • Praca wykonana w Pracowni Elektroanalizy Chemicznej • Promotor i opiekun: dr Hanna Elżanowska