PL242085B1 - Molecularly imprinted polymer in the form of a layer for determination of tyramine, method of its manufacturing and use in chemosensor for selective electrochemical detection and/or determination of analytes, in particular tyramine - Google Patents
Molecularly imprinted polymer in the form of a layer for determination of tyramine, method of its manufacturing and use in chemosensor for selective electrochemical detection and/or determination of analytes, in particular tyramine Download PDFInfo
- Publication number
- PL242085B1 PL242085B1 PL427041A PL42704118A PL242085B1 PL 242085 B1 PL242085 B1 PL 242085B1 PL 427041 A PL427041 A PL 427041A PL 42704118 A PL42704118 A PL 42704118A PL 242085 B1 PL242085 B1 PL 242085B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- tyramine
- layer
- template
- mip
- molecularly imprinted
- Prior art date
Links
- DZGWFCGJZKJUFP-UHFFFAOYSA-N Tyramine Natural products NCCC1=CC=C(O)C=C1 DZGWFCGJZKJUFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 161
- 229960003732 tyramine Drugs 0.000 title claims abstract description 91
- 229920000344 molecularly imprinted polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000835 electrochemical detection Methods 0.000 title claims abstract description 5
- DZGWFCGJZKJUFP-UHFFFAOYSA-O tyraminium Chemical compound [NH3+]CCC1=CC=C(O)C=C1 DZGWFCGJZKJUFP-UHFFFAOYSA-O 0.000 title claims abstract 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 5
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 13
- ZHXFYTFNTXNQAV-UHFFFAOYSA-N 20-methyl-2,5,8,11,14,17-hexaoxabicyclo[16.4.0]docosa-1(18),19,21-triene Chemical compound O1CCOCCOCCOCCOCCOC2=CC(C)=CC=C21 ZHXFYTFNTXNQAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 claims abstract description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 36
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 claims description 14
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 14
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M Chlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 claims description 2
- DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N tetrabutylammonium Chemical compound CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GEBPXADVOURYDV-UHFFFAOYSA-N tetrabutylazanium;hypochlorite Chemical compound Cl[O-].CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC GEBPXADVOURYDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 2
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 21
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 9
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 abstract description 7
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 abstract description 3
- PTNWHEHDBNNKEO-UHFFFAOYSA-N 5-thiophen-2-ylthiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=CS1 PTNWHEHDBNNKEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000001903 differential pulse voltammetry Methods 0.000 description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 18
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 17
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- CVSVTCORWBXHQV-UHFFFAOYSA-N creatine Chemical compound NC(=[NH2+])N(C)CC([O-])=O CVSVTCORWBXHQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 8
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SOIFLUNRINLCBN-UHFFFAOYSA-N ammonium thiocyanate Chemical compound [NH4+].[S-]C#N SOIFLUNRINLCBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 6
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 5
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 238000003775 Density Functional Theory Methods 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 4
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 4
- 229960003624 creatine Drugs 0.000 description 4
- 239000006046 creatine Substances 0.000 description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- CDDFFMJAOKTPRF-UHFFFAOYSA-M tetrabutylazanium;chlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)=O.CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC CDDFFMJAOKTPRF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 3
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical class [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 gas chromatography Chemical class 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 229910000873 Beta-alumina solid electrolyte Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 2
- 102000010909 Monoamine Oxidase Human genes 0.000 description 2
- 108010062431 Monoamine oxidase Proteins 0.000 description 2
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000013351 cheese Nutrition 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-N peroxysulfuric acid Chemical compound OOS(O)(=O)=O FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- ILQGHVXNYGLZSR-UHFFFAOYSA-N 2-thiophen-3-ylthiophene Chemical compound C1=CSC(C2=CSC=C2)=C1 ILQGHVXNYGLZSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000099147 Ananas comosus Species 0.000 description 1
- 235000007119 Ananas comosus Nutrition 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004057 DFT-B3LYP calculation Methods 0.000 description 1
- 102000008100 Human Serum Albumin Human genes 0.000 description 1
- 108091006905 Human Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- 206010020772 Hypertension Diseases 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N L-tryptophane Chemical compound C1=CC=C2C(C[C@H](N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N 0.000 description 1
- 240000008790 Musa x paradisiaca Species 0.000 description 1
- 244000025272 Persea americana Species 0.000 description 1
- 235000008673 Persea americana Nutrition 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N Tryptophan Natural products C1=CC=C2C(CC(N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000000935 antidepressant agent Substances 0.000 description 1
- 229940005513 antidepressants Drugs 0.000 description 1
- 229940082992 antihypertensives mao inhibitors Drugs 0.000 description 1
- 235000021015 bananas Nutrition 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005251 capillar electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000004850 capillary HPLC Methods 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000000970 chrono-amperometry Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000006114 decarboxylation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001746 electroactive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002081 enamines Chemical class 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 235000019688 fish Nutrition 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001631 hypertensive effect Effects 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002899 monoamine oxidase inhibitor Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 235000021110 pickles Nutrition 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 1
- 235000020991 processed meat Nutrition 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000003077 quantum chemistry computational method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 239000002520 smart material Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- AWDBHOZBRXWRKS-UHFFFAOYSA-N tetrapotassium;iron(6+);hexacyanide Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[Fe+6].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] AWDBHOZBRXWRKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013618 yogurt Nutrition 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest polimer wdrukowany molekularnie, MIP, osadzony na elektrodzie w postaci warstwy, zastosowanej jako jednostka rozpoznająca w chemoczujniku do selektywnego elektrochemicznego oznaczania tyraminy. MIP ten charakteryzuje się tym, że stanowi go polimer wytworzony z zastosowaniem tyraminy jako szablonu. Zawiera on kwas 2,2'-bitiofeno-5-karboksylowy i p-bis(2,2'-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomery funkcyjne oraz 2,3'-bitiofen jako monomer sieciujący i/lub sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego (dostarczająca wewnętrzny przeciwjon). Przedmiotem zgłoszenia jest również sposób otrzymywania molekularnie wdrukowanego polimeru (MIPu) rozpoznającego tyraminę, metodą wdrukowania molekularnego, w postaci warstwy, jak również zastosowanie tej warstwy jako jednostki rozpoznającej analit, w tym tyraminę, w selektywnym chemoczujniku do elektrochemicznego wykrywania i/lub oznaczania analitów, zarówno w próbkach syntetycznych jak i biologicznych, w obecności próbnika redoks, soli lipofilowego anionu lub w ich nieobecności w przypadku warstwy zawierającej sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego.The subject of the application is a molecularly imprinted polymer, MIP, deposited on an electrode in the form of a layer, used as a recognition unit in a chemosensor for the selective electrochemical determination of tyramine. This MIP is characterized in that it is a polymer made using tyramine as a template. It contains 2,2'-bithiophene-5-carboxylic acid and p-bis(2,2'-bitien-5-yl)methylbenzo-18-crown-6 as functional monomers and 2,3'-bitiophene as a cross-linking monomer and /or thiophene-2-methylsulfonic acid sodium salt (providing an internal counterion). The subject of the application is also a method of obtaining a molecularly imprinted polymer (MIPu) recognizing tyramine by molecular imprinting in the form of a layer, as well as the use of this layer as an analyte recognition unit, including tyramine, in a selective chemosensor for electrochemical detection and/or determination of analytes, both in both synthetic and biological samples, in the presence of a redox probe, a salt of a lipophilic anion, or in their absence in the case of a layer containing the sodium salt of thiophene-2-methylsulfonic acid.
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest polimer wdrukowany molekularnie przygotowany w postaci warstwy, do oznaczania tyraminy, sposób otrzymywania tego polimeru i jego zastosowanie w chemoczujniku do selektywnego elektrochemicznego wykrywania i/lub oznaczania analitów, zwłaszcza tyraminy.The subject of the invention is a molecularly imprinted polymer prepared in the form of a layer for the determination of tyramine, a method of obtaining this polymer and its use in a chemosensor for the selective electrochemical detection and/or determination of analytes, especially tyramine.
Tyramina 1 (fig. 1a) jest to pierwszorzędowa amina powszechnie występująca w przyrodzie. Organizmy żywe wytwarzają ją jako produkt dekarboksylacji tryptofanu. Jednakże jest ona szybko rozkładana przez enzym - oksydazę monoaminową (MAO). Tyramina występuje w produktach spożywczych, które poddaje się fermentacji lub wędzeniu i w produktach łatwo psujących się, np. w serach, jogurtach, marynatach, przetworach mięsnych i rybnych oraz w owocach takich jak banany, awokado, ananasy itp. Spożywanie większej ilości produktów zawierających tyraminę przez pacjentów zażywających inhibitory MAO lub leki przeciwdepresyjne może doprowadzić do tzw. „efektu serowego”, tj. silnych, niebezpiecznych przełomów nadciśnieniowych (Sathyanarayana Rao T.S., Yeragani V.K., Indian J. Psychiatry 2009, 51, 65-66). Nagromadzenie tyraminy w organizmie pacjentów prowadzi także do podwyższenia ciśnienia tętniczego (Blob L.F., Sharoky M., Campbell B.J., Kemper E.M, Gilmor M.G., VanDenberg C.M., Azzaro A.J., CNS Spectrums 2007, 12, 25-34). Większe ilości tyraminy powstają podczas fermentacji i rozkładu materiału biologicznego, co czyni ją doskonałym wskaźnikiem pozwalającym określić, jak świeża jest żywność, zwłaszcza mięso, ryby i ich przetwory (Jorgensen L.V., Huss H.H., Dalgaard P., J. Appl. Microbiol. 2000, 89, 920-934). Kontrola jakości tej żywności ma ogromne znaczenie zarówno w przemyśle spożywczym, np. przetwórstwie ryb, jak i ochronie zdrowia publicznego będącego w zakresie obowiązków takich instytucji jak Państwowa Inspekcja Sanitarna czy Inspekcja Weterynaryjna.Tyramine 1 (Fig. 1a) is a primary amine commonly found in nature. Living organisms produce it as a product of tryptophan decarboxylation. However, it is rapidly broken down by the enzyme monoamine oxidase (MAO). Tyramine is found in foods that are fermented or smoked and in perishable foods such as cheese, yoghurt, pickles, processed meats and fish, and in fruits such as bananas, avocados, pineapples, etc. Eating more tyramine-containing foods by patients taking MAO inhibitors or antidepressants can lead to the so-called "cheese effect", i.e. strong, dangerous hypertensive crises (Sathyanarayana Rao T.S., Yeragani V.K., Indian J. Psychiatry 2009, 51, 65-66). The accumulation of tyramine in the body of patients also leads to an increase in blood pressure (Blob L.F., Sharoky M., Campbell B.J., Kemper E.M., Gilmor M.G., VanDenberg C.M., Azzaro A.J., CNS Spectrums 2007, 12, 25-34). Larger amounts of tyramine are formed during the fermentation and decomposition of biological material, which makes it an excellent indicator to determine how fresh food is, especially meat, fish and their products (Jorgensen L.V., Huss H.H., Dalgaard P., J. Appl. Microbiol. 2000, 89, 920-934). Quality control of this food is of great importance both in the food industry, e.g. fish processing, and in the protection of public health, which is the responsibility of such institutions as the State Sanitary Inspection or the Veterinary Inspection.
Stosowane dotychczas metody oznaczania ww. amin, np. chromatografia gazowa, elektroforeza kapilarna, lub wysokosprawna chromatografia cieczowa, są kosztowne i wymagają wstępnego, dość skomplikowanego i czasochłonnego przygotowywania próbek.The methods used so far to determine the above-mentioned amines, e.g. gas chromatography, capillary electrophoresis, or high performance liquid chromatography, are expensive and require preliminary, quite complicated and time-consuming sample preparation.
Polimery wdrukowane molekularnie (ang. molecularly imprinted polymers, MIPs) stanowią znakomity przykład inteligentnych materiałów naśladujących rozpoznawanie biologiczne. Znalazły one zastosowanie, m.in. jako selektywne warstwy rozpoznające do budowy chemoczujników (Cieplak, M.; Kutner, W., Trends Biotechnol. 2016, 34, 922-941). Chemoczujniki z tymi warstwami rozpoznającymi wykazują parametry analityczne (czułość, selektywność, dolna granica detekcji itd.) niewiele ustępujące biosensorom, ale je przewyższają pod względem prostoty, wykonania i kosztów wytwarzania oraz trwałości i odporności na warunki zewnętrzne, takie jak podwyższona temperatura, kwaśne lub zasadowe środowisko, czy też obecność rozpuszczalników organicznych. Dotychczas podjęto tylko nieliczne próby wdrukowania tyraminy. Była ona wdrukowywana w polimery typu zol-żel (Atta, N.F.; Abdel-Mageed, A.M., Talanta 2009, 80, 511-518; Atta, N.F.; Hamed, M.M.; Abdel-Mageed, A.M., Analytica chimica acta 2010, 667, 63-70; Huang, J.D.; Xing, X.R.; et al., Food Res Int 2011, 44, 276-281) i polimery akrylowe, lecz nie była wdrukowywana w polimery przewodzące. Polimery wdrukowane tyraminą zastosowano jako złoża do selektywnej ekstrakcji (Lee, J.D.; Hong, J.I., Tetrahedron Lett. 2013, 54, 2890-2893; Lulinski, P.; Sobiech, M.; et al., Talanta 2014, 129, 155-164; Li, Y.; Hsieh, C.H.; et al., Biosens. Bioelectron. 2017, 87, 142-149) i elementy rozpoznające selektywnych czujników elektrochemicznych (Atta, N.F.; Abdel-Mageed, A.M., Talanta 2009, 80, 511-518; Atta, N.F.; Hamed, M.M.; Abdel-Mageed, A.M., Analytica chimica acta 2010, 667, 63-70; Huang, J.D.; Xing, X.R.; et al., FoodRes Int 2011,44, 276-281). Zasada działania ww. czujników polega na pomiarze prądu utleniania tyraminy przy potencjale ~0,70 V vs Ag/AgCI. Jednakże prądy utleniania tyraminy są niewielkie, dlatego czułość tych chemoczujników była niska (Atta, N.F.; Abdel-Mageed, A.M., Talanta 2009, 80, 511-518; Atta, N.F.; Hamed, M.M.; Abdel-Mageed, A.M., Analytica chimica acta 2010, 667, 63-70). Dopiero pokrycie powierzchni elektrody kompozytem nanorurek węglowych i nanocząstek złota doprowadziła do wystarczająco czułego wykrywania i oznaczania tyraminy.Molecularly imprinted polymers (MIPs) are an excellent example of smart materials that mimic biological recognition. They have been used, e.g. as selective recognition layers for the construction of chemosensors (Cieplak, M.; Kutner, W., Trends Biotechnol. 2016, 34, 922-941). Chemosensors with these recognition layers show analytical parameters (sensitivity, selectivity, lower limit of detection, etc.) not inferior to biosensors, but surpass them in terms of simplicity, implementation and manufacturing costs, as well as durability and resistance to external conditions, such as elevated temperature, acidic or alkaline environment or the presence of organic solvents. So far, only a few attempts have been made to imprint tyramine. It was imprinted in sol-gel polymers (Atta, N.F.; Abdel-Mageed, A.M., Talanta 2009, 80, 511-518; Atta, N.F.; Hamed, M.M.; Abdel-Mageed, A.M., Analytica chimica acta 2010, 667, 63-70; Huang, J.D.; Xing, X.R.; et al., Food Res Int 2011, 44, 276-281) and acrylic polymers, but has not been imprinted into conductive polymers. Polymers imprinted with tyramine were used as selective extraction media (Lee, J.D.; Hong, J.I., Tetrahedron Lett. 2013, 54, 2890-2893; Lulinski, P.; Sobiech, M.; et al., Talanta 2014, 129, 155- 164; Li, Y.; Hsieh, C.H.; et al., Biosens. Bioelectron. 2017, 87, 142-149) and recognition elements of selective electrochemical sensors (Atta, N.F.; Abdel-Mageed, A.M., Talanta 2009, 80, 511 -518; Atta, N.F.; Hamed, M.M.; Abdel-Mageed, A.M., Analytica chimica acta 2010, 667, 63-70; Huang, J.D.; Xing, X.R.; et al., FoodRes Int 2011, 44, 276-281) . The principle of operation of the above-mentioned sensors consists in measuring the tyramine oxidation current at the potential of ~0.70 V vs Ag/AgCl. However, the tyramine oxidation currents are low, therefore the sensitivity of these chemosensors was low (Atta, N.F.; Abdel-Mageed, A.M., Talanta 2009, 80, 511-518; Atta, N.F.; Hamed, M.M.; Abdel-Mageed, A.M., Analytica chimica acta 2010, 667, 63-70). Only the coating of the electrode surface with a composite of carbon nanotubes and gold nanoparticles led to a sufficiently sensitive detection and determination of tyramine.
Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie i wykonanie nowego polimeru, molekularnie wdrukowanego za pomocą tyraminy i jego zastosowanie jako elementu rozpoznającego chemoczujnika do selektywnego elektrochemicznego oznaczania tyraminy (Huang, J.D.; Xing, X.R.; et al., Food Res. Int. 2011, 44, 276-281).The aim of the present invention is to develop and manufacture a new polymer, molecularly imprinted with tyramine and its use as a chemosensor recognition element for the selective electrochemical determination of tyramine (Huang, J.D.; Xing, X.R.; et al., Food Res. Int. 2011, 44, 276 -281).
W przypadku elektrochemicznego oznaczania analitów, które są elektronieaktywne, do roztworu badanego dodaje się substancję elektroaktywną, tzw. próbnik redoks, np., heksacyjanożelazian(II) potasu. Najprawdopodobniej wiązanie cząsteczek analitu wewnątrz warstwy MIPu powoduje pęcznienie tego polimeru, a przez to zamyka jego pory (Yoshimi, Y.; Narimatsu, A.; et al., J. Artif. Organs 2009, 12,In the case of electrochemical determination of analytes that are electronically inactive, an electroactive substance is added to the test solution, the so-called a redox probe, e.g., potassium hexacyanoferrate(II). Most likely, the binding of analyte molecules inside the MIPu layer causes the polymer to swell, and thus closes its pores (Yoshimi, Y.; Narimatsu, A.; et al., J. Artif. Organs 2009, 12,
264-270). W wyniku tego pęcznienia dyfuzja próbnika redoks przez warstwę MIPu do powierzchni elektrody jest utrudniona, co prowadzi do obniżenia faradajowskiego prądu tego próbnika. Jednakże w przypadku elektrod pokrytych warstwami przewodzących MIPów powyższy mechanizm nie wyjaśnia obserwowanego zachowania tych elektrod. Na przykład widma elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (ang. electrochemical impedance spectroscopy, EIS) zarejestrowane w naszych poprzednich badaniach wskazują, że wiązanie cząsteczek analitu we wdrukowanym politiofenie wcale nie blokuje dyfuzji cząsteczek próbnika redoks do powierzchni elektrody, natomiast zmienia opór przeniesienia ładunku w reakcji elektrodowej (Cieplak, M.; Szwabinska, K.; et al., Selective electrochemical sensing of human serum albumin by semi-covalent molecular imprinting. Biosens. Bioelectron. 2015, 74, 960-966; Huynh, T.P.; Bikram, K.C.C.; et al., Bioelectrochemistry 2013, 93, 37-45). Dlatego w poprzednim zgłoszeniu patentowym Twórców niniejszego wynalazku (P.422855) ujawniono samoraportującą warstwę MIPu ze skopolimeryzowaną wewnątrz warstwy pochodną ferrocenu. Zmiany elektrochemicznych właściwości warstwy MIPu w wyniku wiązania analitu powodowały spadek prądu utleniania podstawników ferrocenowych związanych wewnątrz tej warstwy. Kluczowym dla tego wynalazku było unieruchomienie odpowiednich przeciwjonów wewnątrz warstwy MIPu tak, aby mogły one zobojętnić dodatni ładunek powstający podczas utleniania podstawników ferrocenowych.264-270). As a result of this swelling, the diffusion of the redox probe through the MIP layer to the electrode surface is hindered, which leads to a decrease in the faradaic current of this probe. However, in the case of electrodes covered with layers of conductive MIPs, the above mechanism does not explain the observed behavior of these electrodes. For example, the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) spectra recorded in our previous studies indicate that the binding of analyte molecules in the imprinted polythiophene does not block the diffusion of redox probe molecules to the electrode surface, but changes the charge transfer resistance in the electrode reaction (Cieplak , M.; Szwabinska, K.; et al., Selective electrochemical sensing of human serum albumin by semi-covalent molecular imprinting. Biosens. Bioelectron. 2015, 74, 960-966; Huynh, T.P.; Bikram, K.C.C.; et al. , Bioelectrochemistry 2013, 93, 37-45). Therefore, the present inventors' previous patent application (P.422855) discloses a self-reporting MIP layer with a ferrocene derivative copolymerized inside the layer. Changes in the electrochemical properties of the MIP layer as a result of analyte binding caused a decrease in the oxidation current of ferrocene substituents bound inside this layer. The key to this invention was to immobilize appropriate counterions inside the MIP layer so that they could neutralize the positive charge generated during the oxidation of ferrocene substituents.
W obecnym wynalazku przedstawiono samoraportujący polimer wdrukowany molekularnie tyraminą, który nie zawiera dodatkowych raportujących grup redoks unieruchomionych wewnątrz warstwy MIPu, natomiast rolę wewnętrznego próbnika redoks spełnia sam szkielet elektroaktywnego polimeru, tzn. łańcuchy politiofenu. Znane są tylko nieliczne przykłady wdrukowanego polipirolu o właściwościach samoraportującego polimeru (Liang, H.J.; Ling, T.R.; et al., Anal. Chim. Acta 2005, 542, 83-89; Schweiger, B.; Kim, J.; et al., Sensors 2015, 15, 4870-4889; Ou, S.H.; Pan, L.S.; et al., Biosens. Bioelectron. 2018, 105, 143-150). Jednakże do osadzenia warstw MIPów zastosowano tylko pirol bez dodatku monomerów funkcyjnych zdolnych do selektywnego wiązania cząsteczek szablonu. Dlatego czułość i selektywność względem substancji przeszkadzających tych czujników nie była wysoka. Tylko w jednym przypadku wykazano zadowalającą enancjoselektywność chemoczujnika (Ou, S.H.; Pan, L.S.; et al., Biosens. Bioelectron. 2018, 105, 143-150). W pozostałych przykładach selektywność warstw MIPu nie była sprawdzona. Ponadto w oznaczeniach analitów stosowano chronoamperometrię z nałożonymi kilkusekundowymi pulsami potencjałowymi i mierzono natężenie prądu na początku każdego pulsu. Zastosowanie tej techniki przetwarzania sygnału detekcji sprawiało, że w chwili pomiaru układ był daleki od stanu równowagi, tzn. sygnał prądowy znacznie zmieniał się w czasie, stąd odchylenie standardowe mierzonego sygnału było wysokie.The present invention presents a self-reporting tyramine molecularly imprinted polymer that does not contain additional reporting redox groups immobilized within the MIP layer, while the role of the internal redox probe is performed by the electroactive polymer backbone itself, i.e. polythiophene chains. Only a few examples of an imprinted polypyrrole with self-reporting polymer properties are known (Liang, H.J.; Ling, T.R.; et al., Anal. Chim. Acta 2005, 542, 83-89; Schweiger, B.; Kim, J.; et al. Sensors 2015, 15, 4870-4889; Ou, S.H.; Pan, L.S.; et al., Biosens. Bioelectron. 2018, 105, 143-150). However, only pyrrole without the addition of functional monomers capable of selectively binding template molecules was used to deposit the MIP layers. Therefore, the sensitivity and selectivity towards interfering substances of these sensors was not high. Satisfactory enantioselectivity of the chemosensor was demonstrated in only one case (Ou, S.H.; Pan, L.S.; et al., Biosens. Bioelectron. 2018, 105, 143-150). In the remaining examples, the selectivity of the MIPu layers was not checked. Moreover, in the determination of analytes, chronoamperometry was used with superimposed several-second potential pulses and the current intensity was measured at the beginning of each pulse. The use of this detection signal processing technique meant that at the time of measurement the system was far from equilibrium, i.e. the current signal changed significantly over time, hence the standard deviation of the measured signal was high.
Polimer wdrukowany molekularnie, MIP, w postaci warstwy, zastosowany jako jednostka rozpoznająca w selektywnym chemoczujniku do elektrochemicznego oznaczania tyraminy, charakteryzuje się tym, że stanowi go polimer wytworzony z zastosowaniem tyraminy jako szablonu, zawierający kwas 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowy i p-bis(2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomer funkcyjny oraz 2,3’-bitiofen jako monomer sieciujący.The molecularly imprinted polymer, MIP, in the form of a layer, used as a recognition unit in a selective chemosensor for the electrochemical determination of tyramine, is characterized in that it is a polymer produced using tyramine as a template, containing 2,2'-bitiophene-5-carboxylic acid and p-bis(2,2'-bitien-5-yl)methylbenzo-18-crown-6 as a functional monomer and 2,3'-bitiophene as a cross-linking monomer.
Korzystnie, polimer wdrukowany molekularnie, MIP, stanowi samoraportujący polimer, który dodatkowo zawiera sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego, która dostarcza wewnętrzny przeciwjon.Preferably, the molecularly imprinted polymer, MIP, is a self-reporting polymer that additionally comprises thiophene-2-methylsulfonic acid sodium salt, which provides an internal counterion.
W przypadku otrzymywania molekularnie wdrukowanego polimeru samoraportującego, MIPu, selektywnie rozpoznającego tyraminę, metodą wdrukowania molekularnego, w postaci warstwy, sposób jego przygotowywania charakteryzuje się tym, że obejmuje następujące etapy, w których (a) otrzymuje się warstwę MIPu z wdrukowaną molekularnie tyraminą jako szablonem, z użyciem roztworu do elektropolimeryzacji, zawierającego tyraminę jako szablon, kwas 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowy jako monomer funkcyjny, p-bis(2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomer funkcyjny i 2,3’-bitiofen jako monomer sieciujący, w stosunku molowym szablonu do każdego z monomerów w zakresie od 1 : 1 do 1 : 100, korzystnie 1 : 2 : 1 : 10, w acetonitrylu, w obecności 0,1 M chloranu(VII) tetrabutyloamoniowego jako elektrolitu podstawowego, (b) osadza się warstwę z etapu (a) na powierzchni elektrody, korzystnie dyskowej elektrody platynowej, za pomocą elektropolimeryzacji, a następnie (c) usuwa się szablon tyraminy z osadzonej warstwy MIPu za pomocą 0,1 M NaOH w temperaturze 20 ± 1°C.In the case of obtaining a molecularly imprinted self-reporting polymer, MIPu, selectively recognizing tyramine, by molecular imprinting in the form of a layer, the method of its preparation is characterized by the following steps, in which (a) a MIPu layer is obtained with molecularly imprinted tyramine as a template, using an electropolymerization solution containing tyramine as a template, 2,2'-bitiophene-5-carboxylic acid as a functional monomer, p-bis(2,2'-bitien-5-yl)methylbenzo-18-crown-6 as a monomer functional and 2,3'-bitiophene as a cross-linking monomer, in a molar ratio of template to each monomer ranging from 1:1 to 1:100, preferably 1:2:1:10, in acetonitrile, in the presence of 0.1 M chlorate (VII) tetrabutylammonium as the base electrolyte, (b) depositing the layer from step (a) on the electrode surface, preferably a platinum disc electrode, by electropolymerization, and then (c) removing the tyramine template from the deposited layer of MIPu with 0.1 M NaOH at 20 ± 1°C.
Korzystnie, w etapie (b) osadza się warstwę MIPu z wdrukowaną molekularnie tyraminą jako szablon w warunkach potencjodynamicznych, w zakresie potencjałów od -2,0 V do 2,0 V vs Ag/AgCI, korzystnie od 0 do 1,40 V vs Ag/AgCI, z szybkością zmiany potencjału od 5 do 500 mV/s, korzystnie 50 mV/s, lub w warunkach potencjostatycznych w zakresie potencjałów od -2,0 V do 2,0 V vs Ag/AgCI.Preferably, in step (b), a MIPu layer with molecularly imprinted tyramine is deposited as a template under potentiodynamic conditions, in the potential range from -2.0 V to 2.0 V vs Ag/AgCl, preferably from 0 to 1.40 V vs Ag /AgCl, with a potential change rate of 5 to 500 mV/s, preferably 50 mV/s, or under potentiostatic conditions in the potential range of -2.0 V to 2.0 V vs Ag/AgCl.
Korzystnie, w etapie (a) otrzymuje się warstwę MIPu z molekularnie wdrukowaną tyraminą jako szablonem, z użyciem roztworu do elektropolimeryzacji, zawierającego tyraminę jako szablon, kwas 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowy jako monomer funkcyjny, p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomer funkcyjny, 2,3’-bitiofen jako monomer sieciujący oraz sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego jako wewnętrzny przeciwjon, w stosunku molowym szablonu do kwasu tiofeno-2-metylosulfowego w zakresie od 1 : 1 do 1 : 100, korzystnie 1 : 7 w acetonitrylu, w 0,1 M chloranie(VII) tetrabutyloamoniowym jako elektrolicie podstawowym.Preferably, in step (a), a MIPu layer with tyramine molecularly imprinted as a template is obtained using an electropolymerization solution containing tyramine as a template, 2,2'-bitiophene-5-carboxylic acid as a functional monomer, p-bis(2, 2'-Bithien-5-yl)methylbenzo-18-crown-6 as functional monomer, 2,3'-Bithiophene as cross-linking monomer and sodium thiophene-2-methylsulfonic acid as internal counterion, in molar ratio of template to thiophene- 2-methyl sulfate in the range of 1:1 to 1:100, preferably 1:7 in acetonitrile, in 0.1 M tetrabutylammonium hypochlorite as the basic electrolyte.
Korzystnie, osadzanie warstw MIPów w etapie (b) prowadzi się z zastosowaniem 1 do 1000 cykli prądowo-potencjałowych, korzystnie w 2 cyklach.Preferably, the deposition of MIP layers in step (b) is carried out using 1 to 1000 current-potential cycles, preferably in 2 cycles.
Korzystnie, usuwanie szablonu w etapie (c) prowadzi się od 10 minut do 10 godzin, korzystnie przez 1 godzinę.Preferably, the removal of the stencil in step (c) is carried out for 10 minutes to 10 hours, preferably for 1 hour.
Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie molekularnie wdrukowanego polimeru, MIPu, w postaci warstwy według wynalazku, jako jednostki rozpoznającej analit, w tym tyraminę, w chemoczujniku do selektywnego elektrochemicznego wykrywania i/lub oznaczania analitów, zarówno w próbkach syntetycznych, jak i biologicznych, w warunkach pomiarów elektrochemicznych. Pomiary elektrochemiczne można przeprowadzać wówczas w obecności w roztworze badanym próbnika redoks, korzystnie K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6], w obecności w roztworze badanym soli lipofilowego anionu, korzystnie NH4SCN, lub w nieobecności w roztworze badanym próbnika redoks ani soli lipofilowego anionu.The subject of the invention is also the use of a molecularly imprinted polymer, MIP, in the form of a layer according to the invention, as an analyte recognition unit, including tyramine, in a chemosensor for selective electrochemical detection and/or determination of analytes, both in synthetic and biological samples, under measurement conditions. electrochemical. Electrochemical measurements can then be carried out in the presence of a redox probe in the test solution, preferably K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6], in the presence of a lipophilic anion salt in the test solution, preferably NH4SCN, or in the absence of a test solution redox probe or lipophilic anion salt.
Wspomniany wyżej molekularnie wdrukowany polimer został przygotowany w następujący sposób. Do osadzania polimeru zastosowano tyraminę jako szablon, kwas 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowy i p-bis(2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomery funkcyjne oraz 2,3’-bitiofen jako monomer sieciujący. Elektroda pokryta warstwą tak przygotowanego MIPu została zastosowana do elektrochemicznych oznaczeń tyraminy w roztworze badanym w obecności próbnika redoks, tj. K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] lub soli lipofilowego anionu.The above-mentioned molecularly imprinted polymer was prepared as follows. Tyramine as a template, 2,2'-bitiophene-5-carboxylic acid and p-bis(2,2'-bitien-5-yl)methylbenzo-18-crown-6 as functional monomers and 2,3' - bitiophene as a cross-linking monomer. The electrode covered with a layer of MIP prepared in this way was used for electrochemical determinations of tyramine in the tested solution in the presence of a redox probe, i.e. K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] or a salt of a lipophilic anion.
W przypadku polimeru samoraportującego, procedura jego wytwarzania jest taka sama jak ta opisana powyżej z tą różnicą, że w Etapie (a) dodaje się sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego (dostarczająca wewnętrzny przeciwjon) do roztworu do polimeryzacji w stosunku molowym do szablonu od 1 : 100 do 100 : 1, korzystnie 7 : 1. Zastosowanie warstwy tego samoraportującego MIPu umożliwia elektrochemiczne oznaczanie analitów elektronieaktywnych bez konieczności dodawania do roztworu badanego ani próbnika redoks, ani soli dostarczających lipofilowe aniony.For the self-reporting polymer, the procedure for its preparation is the same as described above except that in Step (a) thiophene-2-methylsulfonic acid sodium salt (providing an internal counterion) is added to the polymerization solution at a molar ratio to the template of 1:100 to 100:1, preferably 7:1. The use of a layer of this self-reporting MIP enables the electrochemical determination of electronically inactive analytes without the need to add either a redox probe or salts providing lipophilic anions to the test solution.
Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnych przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków, których opisy są przedstawione poniżej.The invention will now be described in more detail in preferred embodiments, with reference being made to the accompanying drawings, the descriptions of which are given below.
Fig. 1. (a) Wzory strukturalne tyraminy 1, kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego 2, p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-korony-6 3 i 2,3’-bitiofenu 4, (b) proponowany wzór strukturalny kompleksu tyraminy z trzema cząsteczkami kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego i (c) struktura ww. kompleksu zoptymalizowana za pomocą teorii funkcjonału gęstości (ang. density functional theory, DFT) z bazą B3LYP/6-31g(d) w temperaturze 25°C, w acetonitrylu.Fig. 1. (a) Structural formulas of tyramine 1, 2,2'-bithiophene-5-carboxylic acid 2, p-bis(2,2'-bitien-5-yl)methylbenzo-18-crown-6 3 and 2 ,3'-bitiophene 4, (b) the proposed structural formula of the tyramine complex with three molecules of 2,2'-bitiophene-5-carboxylic acid and (c) the structure of the above-mentioned of the complex optimized by density functional theory (DFT) with B3LYP/6-31g(d) base at 25°C in acetonitrile.
Fig. 2. (a) Krzywa potencjodynamiczna zarejestrowana podczas osadzania warstwy MIPu z roztworu 50 μM tyraminy, 100 μM kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego 2, 50 μM p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-korony-6 3, 500 μM 2,3’-bitiofenu 4 i 100 mM chloranu(VII) tetrabutyloamoniowego w acetonitrylu. W trakcie osadzania wykonano dwa cykle prądowo-potencjałowe w zakresie od 0 do 1,30 V vs Ag/AgCI z szybkością zmiany potencjału 50 mV/s. (b) Zmiany sygnału DPV dla 0,1 M K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] (próbnika redoks) w roztworze soli fizjologicznej buforowanej 0,1 M fosforanami, (ang. phosphate buffer saline, PBS) (pH = 7,4), zarejestrowane za pomocą platynowej elektrody dyskowej pokrytej warstwą MIPu (1) przed ekstrakcją szablonu (tyraminy) oraz po (2) 10 min, (3) 1 h i (4) 2 h 50 min ekstrakcji w 0,1 M NaOH.Fig. 2. (a) Potentiodynamic curve recorded during the deposition of the MIPu layer from a solution of 50 μM tyramine, 100 μM 2,2'-bithiphene-5-carboxylic acid 2, 50 μM p-bis(2,2'-bithien-5- yl)methylbenzo-18-crown-63, 500 mM 2,3'-bitiophene 4 and 100 mM tetrabutylammonium chlorate in acetonitrile. During the deposition, two current-potential cycles were performed in the range of 0 to 1.30 V vs Ag/AgCl with a potential change rate of 50 mV/s. (b) Changes in the DPV signal for 0.1 M K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] (redox probe) in 0.1 M phosphate buffer saline, PBS) (pH = 7.4), recorded with a platinum disc electrode covered with a layer of MIP (1) before template (tyramine) extraction and after (2) 10 min, (3) 1 h and (4) 2 h 50 min extraction in 0.1M NaOH.
Fig. 3. (a) Zmiany sygnału DPV zarejestrowane za pomocą platynowej elektrody dyskowej pokrytej warstwą MIPu (1) po ekstrakcji szablonu - tyraminy - za pomocą 0,1 M NaOH, a następnie po dodaniu do roztworu badanego tyraminy o stężeniu (2) 0,29, (3) 0,49, (4) 1,04, (5) 1,76 i (6) 2,64 mM. (b) Krzywe kalibracyjne DPV, skonstruowane dla dyskowej elektrody platynowej pokrytej warstwą (1 - 4) MIPu lub (5) NIPu dla (1, 5) tyraminy, (2) glukozy, (3) mocznika i (4) kreatyny w 0,1 M PBS (pH = 7,4) w obecności K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] jako zewnętrznego próbnika redoks.Fig. 3. (a) Changes in the DPV signal registered with a platinum disc electrode covered with a MIP layer (1) after extraction of the template - tyramine - with 0.1 M NaOH, and then after adding tyramine to the test solution with a concentration of (2) 0 .29, (3) 0.49, (4) 1.04, (5) 1.76 and (6) 2.64 mM. (b) DPV calibration curves, constructed for a platinum disc electrode covered with a layer of (1 - 4) MIPu or (5) NIPu for (1, 5) tyramine, (2) glucose, (3) urea and (4) creatine in 0, 1 M PBS (pH = 7.4) in the presence of K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] as external redox probe.
Fig. 4. (a) Zmiany sygnału EIS zarejestrowane za pomocą platynowej elektrody dyskowej, pokrytej warstwą MIPu (1) po ekstrakcji szablonu - tyraminy - za pomocą 0,1 M NaOH, a następnie w obecności tyraminy o stężeniu (2) 0,29, (3) 0,49, (4) 1,04, (5) 1,76 i (6) 2,64 mM. (b) Krzywe kalibracyjne EIS, skonstruowane dla tej elektrody dla (1) tyraminy, (2) glukozy, (3) mocznika i (4) kreatyny w 0,1 M PBS (pH = 7,4) w obecności K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] jako zewnętrznego próbnika redoks.Fig. 4. (a) Changes in the EIS signal recorded with a platinum disc electrode covered with a MIP layer (1) after extraction of the template - tyramine - with 0.1 M NaOH, and then in the presence of tyramine with a concentration of (2) 0.29 , (3) 0.49, (4) 1.04, (5) 1.76 and (6) 2.64 mM. (b) EIS calibration curves constructed for this electrode for (1) tyramine, (2) glucose, (3) urea and (4) creatine in 0.1M PBS (pH = 7.4) in the presence of K4[Fe( CN)6]/K3[Fe(CN)6] as external redox probe.
Fig. 5. (a) Zmiany sygnału DPV dla platynowej elektrody dyskowej, pokrytej warstwą MIPu zarejestrowane (1) po ekstrakcji szablonu - tyraminy - za pomocą 0,1 M NaOH, a następnie w obecności tyraminy o stężeniu (2) 0,29, (3) 0,58, (4) 0,87, (5) 1,16, (6) 1,46 i (7) 1,74 mM oraz (b) krzywa kalibracyjna DPV, skonstruowana przy potencjale równym 1,20 V vs Ag/AgCI dla dyskowej elektrody platynowej pokrytej warstwą MIPu dla tyraminy w 0,1 M PBS (pH = 7,4) z zastosowaniem NH4SCN jako zewnętrznego przeciwjonu.Fig. 5. (a) Changes in the DPV signal for a platinum disc electrode covered with a MIP layer recorded (1) after extraction of the template - tyramine - with 0.1 M NaOH, and then in the presence of tyramine with a concentration of (2) 0.29, (3) 0.58, (4) 0.87, (5) 1.16, (6) 1.46 and (7) 1.74 mM and (b) DPV calibration curve, constructed at a potential of 1.20 V vs Ag/AgCl for a MIP-coated platinum disc electrode for tyramine in 0.1M PBS (pH = 7.4) using NH4SCN as external counterion.
Fig. 6. Krzywa potencjodynamiczna zarejestrowana podczas osadzania warstwy MIPu; z roztworu 50 μΜ tyraminy, 100 μΜ kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego, 50 μΜ p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-korony-6, 175 mM soli sodowej kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego, 500 μΜ 2,3’-bitiofenu i 100 mM chloranu(VII) tetrabutyloamoniowego w acetonitrylu. W trakcie osadzania wykonano dwa cykle prądowo-potencjałowe w zakresie od 0 do 1,30 V vs Ag/AgCI z szybkością zmiany potencjału 50 mV/s.Fig. 6. Potentiodynamic curve recorded during the deposition of the MIPu layer; from a solution of 50 μM tyramine, 100 μM 2,2'-bitiophene-5-carboxylic acid, 50 μM p-bis(2,2'-bitien-5-yl)methylbenzo-18-crown-6, 175 mM sodium salt thiophene-2-methylsulfonic acid, 500 µM 2,3'-bitiophene and 100 mM tetrabutylammonium chlorate in acetonitrile. During the deposition, two current-potential cycles were performed in the range of 0 to 1.30 V vs Ag/AgCl with a potential change rate of 50 mV/s.
Fig. 7. (a) Zmiany sygnału DPV dla platynowej elektrody dyskowej, pokrytej warstwą MIPu z wewnętrznym przeciwjonem zarejestrowane (1) po ekstrakcji szablonu - tyraminy - za pomocą 0,1 M NaOH, a następnie w obecności tyraminy o stężeniu (2) 0,05, (3) 0,15, (4) 0,29, (5) 0,49, (6) 0,74, (7) 1,04, (8) 1,38, (9) 1,78, (10) 2,22 i (11) 2,71 mM oraz (b) krzywa kalibracyjna DPV, skonstruowana dla dyskowej elektrody platynowej pokrytej warstwą MIPu dla tyraminy, w 0,1 M PBS (pH = 7,4).Fig. 7. (a) Changes in the DPV signal for a platinum disc electrode covered with a MIPu layer with an internal counterion recorded (1) after extraction of the template - tyramine - with 0.1 M NaOH, and then in the presence of tyramine with a concentration of (2) 0 .05, (3) 0.15, (4) 0.29, (5) 0.49, (6) 0.74, (7) 1.04, (8) 1.38, (9) 1, 78, (10) 2.22 and (11) 2.71 mM and (b) a DPV calibration curve, constructed with a MIPu coated disc platinum electrode for tyramine in 0.1 M PBS (pH = 7.4).
Fig. 8. (a) Zmiany sygnału EIS dla platynowej elektrody dyskowej, pokrytej warstwą MIPu z wewnętrznym przeciwjonem zarejestrowane (1) po ekstrakcji szablonu - tyraminy - za pomocą 0,1 M NaOH, a następnie w obecności tyraminy o (2) 0,05, (3) 0,15, (4) 0,29 (5), 0,49, (6) 0,74, (7) 1,04, (8) 1,38, (9) 1,78, (10) 2,22 i (11) 2,71 mM oraz (b) krzywe kalibracyjne EIS, skonstruowane dla tej elektrody dla (1) tyraminy, w 0,1 M PBS (pH = 7,4).Fig. 8. (a) Changes in the EIS signal for a platinum disc electrode covered with a MIPu layer with an internal counterion recorded (1) after extraction of the template - tyramine - with 0.1 M NaOH, and then in the presence of tyramine with (2) 0, 05, (3) 0.15, (4) 0.29, (5), 0.49, (6) 0.74, (7) 1.04, (8) 1.38, (9) 1.78 , (10) 2.22 and (11) 2.71 mM and (b) EIS calibration curves, constructed for this electrode for (1) tyramine, in 0.1 M PBS (pH = 7.4).
Korzystne przykłady wykonania wynalazkuPreferred embodiments of the invention
Aby osiągnąć cel niniejszego wynalazku, w poniższych trzech przykładach wykonania zrealizowano następujące zadania badawcze:In order to achieve the aim of the present invention, the following research tasks were carried out in the following three embodiments:
- Zoptymalizowano struktury molekularne kompleksów pre-polimeryzacyjnych za pomocą komputerowego modelowania kwantowo-chemicznego z zastosowaniem teorii funkcjonału gęstości (ang. density functional theory, DFT) (Figura 1c).- The molecular structures of the pre-polymerization complexes were optimized by computer quantum chemical modeling using density functional theory (DFT) (Figure 1c).
- Przygotowano warstwę MIPu za pomocą elektropolimeryzacji potencjodynamicznej.- The MIPu layer was prepared by potentiodynamic electropolymerization.
- Wytworzono chemoczujnik do selektywnego oznaczania tyraminy i wyznaczono jego parametry analityczne, prowadząc pomiary w obecności zewnętrznego próbnika redoks lub soli dostarczającej aniony lipofilowe.- A chemosensor for the selective determination of tyramine was manufactured and its analytical parameters were determined by conducting measurements in the presence of an external redox probe or a salt providing lipophilic anions.
- Osadzono warstwę samoraportującego MIPu z wbudowanym przeciwjonem.- A layer of self-reporting MIP with built-in counterion was deposited.
- Zastosowano elektrody pokryte warstwą samoraportującego MIPu do wytworzenia chemoczujnika do selektywnego oznaczania tyraminy i wyznaczono jego parametry analityczne prowadząc oznaczenia w nieobecności zewnętrznego próbnika redoks i soli dostarczającej aniony lipofilowe.- Electrodes covered with a layer of self-reporting MIP were used to produce a chemosensor for the selective determination of tyramine and its analytical parameters were determined by carrying out determinations in the absence of an external redox probe and a salt providing lipophilic anions.
Odczynniki i reagentyReagents and reagents
Wszystkie zastosowane odczynniki chemiczne i rozpuszczalniki zakupiono w Sigma-Aldrich, z wyjątkiem kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego zakupionego w firmie Enamine.All chemicals and solvents used were purchased from Sigma-Aldrich, with the exception of 2,2'-bitiophene-5-carboxylic acid purchased from Enamine.
Przykład 1Example 1
Wybór odpowiednich monomerów funkcyjnych i oszacowanie trwałości wytworzonych przez nie kompleksów pre-polimeryzacyjnych z tyraminąSelection of appropriate functional monomers and estimation of durability of pre-polymerization complexes with tyramine produced by them
W cząsteczce tyraminy 1 (Figura 1 a), jak i w cząsteczkach wybranych monomerów funkcyjnych (Figura 3b i c), występują ugrupowania atomów zdolne do tworzenia wiązań wodorowych lub oddziaływań elektrostatycznych i supramolekularnych. Proponowane oddziaływania w kompleksie szablonu z trzema cząsteczkami monomerów funkcyjnych są przedstawione za pomocą wzoru strukturalnego na Figurze 3b. Proponowaną strukturę kompleksu prepolimeryzacyjnego potwierdziły nasze obliczenia kwantowo-chemiczne. Obliczenia te wykazały wysoki ujemny przyrost entalpii swobodnej tworzenia ww. kompleksu (AG = -222 kJ/mol), co wskazuje, że wytworzony kompleks jest trwały, a jego struktura nie powinna ulegać zmianom podczas elektropolimeryzacji prowadzącej do osadzenia warstwy MIPu na elektrodzie. Zoptymalizowana za pomocą DFT struktura tego kompleksu jest przedstawiona na Figurze 1c.In the tyramine 1 molecule (Figure 1a), as well as in the molecules of selected functional monomers (Figure 3b and c), there are groups of atoms capable of forming hydrogen bonds or electrostatic and supramolecular interactions. The proposed interactions in the template complex with the three functional monomer molecules are represented by the structural formula in Figure 3b. The proposed structure of the prepolymerization complex was confirmed by our quantum-chemical calculations. These calculations showed a high negative increase in the free enthalpy of the formation of the above. complex (AG = -222 kJ/mol), which indicates that the complex formed is stable and its structure should not change during electropolymerization leading to the deposition of the MIP layer on the electrode. The DFT-optimized structure of this complex is shown in Figure 1c.
Wytwarzanie molekularnie wdrukowanego polimeru (MIPu) i jego osadzanie w postaci cienkiej warstwy na powierzchni elektrodyProduction of molecularly imprinted polymer (MIPu) and its deposition in the form of a thin layer on the surface of the electrode
Warstwy MIPu przygotowano i osadzono na platynowych elektroda ch dyskowych o średnicy 0,75 mm za pomocą elektropolimeryzacji, w warunkach potencjodynamicznych, w zakresie potencjałów od 0 do 1,30 V vs Ag/AgCI. Wykonano 2 cykle prądowo-potencjałowe z szybkością zmiany potencjału 50 mV/s. Zarejestrowane w trakcie elektropolimeryzacji zależności prądu od potencjału przedstawione są na Figurze 2a. Acetonitrylowy roztwór do elektropolimeryzacji był 50-μM wzglądem tyraminy (szablonu), 100-μM względem kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego (monomeru funkcyjnego), 50-μM względem p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-korony-6 (monomeru funkcyjnego), 500-μM względem 2,3’-bitiofenu (monomeru sieciującego) i 100-mM względem chloranu(VII) tetrabutyloamoniowego (elektrolitu podstawowego). Przed elektropolimeryzacją elektrodę oczyszc zono za pomocą roztworu „piranii” (roztwór kwasu nadtlenosiarkowego), a następnie wypolerowano za pomocą β-aluminy o średnicy ziarna 0,05 μM, do uzyskania lustrzanej powierzchni.MIPu layers were prepared and deposited on platinum disk electrodes with a diameter of 0.75 mm by electropolymerization, under potentiodynamic conditions, in the potential range from 0 to 1.30 V vs Ag/AgCl. Two current-potential cycles were performed with a potential change rate of 50 mV/s. The dependencies of current and potential recorded during electropolymerization are shown in Figure 2a. The acetonitrile electropolymerization solution was 50-μM against tyramine (template), 100-μM against 2,2'-bithiphene-5-carboxylic acid (functional monomer), 50-μM against p-bis(2,2'-bitien-5 -yl)methylbenzo-18-crown-6 (functional monomer), 500 mM relative to 2,3'-bitiophene (crosslinking monomer) and 100 mM relative to tetrabutylammonium chlorate (basic electrolyte). Before electropolymerization, the electrode was cleaned with a piranha solution (peroxysulfuric acid solution), and then polished with β-alumina with a grain diameter of 0.05 μM, to obtain a mirror surface.
Po elektropolimeryzacji z warstwy MIPu usunięto szablon (tyraminę). W tym celu elektrodę pokrytą warstwą MIPu zanurzono na 60 min w 0,1 M NaOH, w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C.After electropolymerization, the template (tyramine) was removed from the MIPu layer. For this purpose, the electrode covered with the MIPu layer was immersed for 60 min in 0.1 M NaOH at room temperature, (20 ± 1)°C.
Przykład 2Example 2
Pośrednie oznaczanie tyraminy za pomocą chemoczujnika MIP w warunkach stacjonarnych z zastosowaniem różnicowej woltamperometrii pulsowej, DPV, i elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej, EIS, w obecności próbnika redoks, K4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6, w roztworze badanymIndirect determination of tyramine by MIP chemosensor under stationary conditions using differential pulse voltammetry, DPV, and electrochemical impedance spectroscopy, EIS, in the presence of a redox probe, K4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6, in the test solution
Pomiary DPV i EIS wykonano w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C, z zastosowaniem elektrochemicznego szklanego trójszyjnego mininaczynka, w kształcie litery V, o pojemności ~2,0 mL. Pomiary przeprowadzono z zastosowaniem 0,1 M K3[Fe(CN)s] i 0,1 M K4[Fe(CN)s] (próbnika redoks) w 0,1 M PBS (pH = 7,4).DPV and EIS measurements were performed at room temperature, (20 ± 1)°C, using an electrochemical V-shaped three-necked glass mini-vial with a volume of ~2.0 mL. Measurements were performed using 0.1 M K3[Fe(CN)s] and 0.1 M K4[Fe(CN)s] (redox probe) in 0.1 M PBS (pH = 7.4).
W pomiarach DPV potencjał zmieniano w zakresie od 0 do 0,60 V vs Ag/AgCl co 5 mV. Amplituda 50-ms pulsów potencjału wynosiła 25 mV.In DPV measurements, the potential was changed in the range from 0 to 0.60 V vs Ag/AgCl every 5 mV. The amplitude of the 50-ms potential pulses was 25 mV.
W pomiarach DPV zmiany prądu piku były proporcjonalne do zmian stężenia tyraminy w roztworze w zakresie od 0,29 do 2,64 mM (Figura 3b), a równanie regresji liniowej opisujące tę zależność ma postać (/dpv,0 - /dpv,s) [μΆ] = 3,47 (±1,54) [μΆ] + 10,39 (±1,02) c [μΆ/mM], gdzie c oznacza stężenie tyraminy w roztworze, a (/dpv,o - /dpv,s) to zmiana prądu piku DPV dla wyekstrahowanej warstwy MIPu, odpowiednio, przed i po dodaniu analitu lub substancji przeszkadzającej. Współczynnik korelacji wynosił 0,9859, a granica wykrywalności 0,44 mM, przy stosunku sygnału do szumu, S/N = 3. Współczynniki selektywności względem glukozy, mocznika i kreatyny wynosiły, odpowiednio, 28,8, 8,56 i 150, zaś pozorny współczynnik wdrukowania był równy, IF = 7,47 (Fig. 3b).In DPV measurements, changes in peak current were proportional to changes in tyramine concentration in solution in the range from 0.29 to 2.64 mM (Figure 3b), and the linear regression equation describing this relationship is (/dpv,0 - /dpv,s) [μΆ] = 3.47 (±1.54) [μΆ] + 10.39 (±1.02) c [μΆ/mM], where c is the concentration of tyramine in solution and (/dpv,o - /dpv ,s) is the change in DPV peak current for the extracted MIP layer, before and after addition of the analyte or interfering substance, respectively. The correlation coefficient was 0.9859 and the detection limit was 0.44 mM, with a signal-to-noise ratio of S/N = 3. The selectivity coefficients for glucose, urea and creatine were 28.8, 8.56 and 150, respectively, and the apparent imprinting factor was equal, IF = 7.47 (Fig. 3b).
W pomiarach EIS, zmiany oporu przeniesienia ładunku, Rct, były proporcjonalne do zmian stężenia tyraminy w roztworze w zakresie od 0,29 do 2,64 mM (Figurze 4b), a równanie regresji liniowej opisujące tę zależność ma postać (Rct,o - Rct,s) [kΩ] = -1,36 [kΩ] χ 103 (±8,53 χ 102) + 6,59 χ 103 (±5,63 χ 102) c [kΩ/mM], gdzie c oznacza stężenie tyraminy w roztworze, a (Rct,o - Rct,s) to zmiana oporu przeniesienia ładunku dla wyekstrahowanej z tyraminy warstwy MIPu, odpowiednio, przed i po dodaniu analitu lub substancji przeszkadzającej do roztworu badanego. Współczynnik korelacji wynosił 0,9892, a granica wykrywalności 0,39 mM, przy stosunku sygnału do szumu, S/ N = 3. Współczynniki selektywności względem glukozy, mocznika i kreatyny wynosiły, odpowiednio, 4,16, 19,4 i 18,6. Wyznaczenie pozornego współczynnika wdrukowania nie było możliwe, gdyż krzywe EIS zarejestrowane dla elektrody pokrytej warstwą NIP (dane nie prezentowane) mają inny przebieg niż dla warstwy MIPu. Sugeruje to, że elektroutlenianie próbnika redoks na elektrodzie pokrytej warstwą NIPu jest inne niż MIPu, a przez to uzyskane dane są trudne do porównania.In EIS measurements, changes in charge transfer resistance, Rct, were proportional to changes in tyramine concentration in solution ranging from 0.29 to 2.64 mM (Figure 4b), and the linear regression equation describing this relationship is (Rct,o - Rct ,s) [kΩ] = -1.36 [kΩ] χ 10 3 (±8.53 χ 10 2 ) + 6.59 χ 10 3 (±5.63 χ 102) c [kΩ/mM], where c is the concentration of tyramine in the solution, and (Rct,o - Rct,s) is the change in the charge transfer resistance of the MIP layer extracted from tyramine before and after adding the analyte or interfering substance to the test solution, respectively. The correlation coefficient was 0.9892 and the detection limit was 0.39 mM with a signal to noise ratio of S/N = 3. The selectivity coefficients for glucose, urea and creatine were 4.16, 19.4 and 18.6, respectively. . Determination of the apparent imprinting coefficient was not possible because the EIS curves recorded for the electrode covered with the NIP layer (data not presented) have a different course than for the MIP layer. This suggests that the electro-oxidation of the redox probe on the electrode covered with the NIPu layer is different from that of the MIPu, and thus the obtained data are difficult to compare.
Wyznaczone parametry analityczne wytworzonego chemoczujnika MIP wskazują, że monomery funkcyjne i ich stężenie w roztworze do polimeryzacji zostały dobrane właściwie. Dzięki temu wdrukowanie molekularne tyraminy było skuteczne.The determined analytical parameters of the produced MIP chemosensor indicate that the functional monomers and their concentration in the solution for polymerization have been properly selected. Thanks to this, molecular imprinting of tyramine was effective.
Po zakończeniu oznaczania tyraminy elektrodę zanurzono w 0,1 M NaOH na 20 do 60 min, w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C, w celu tak dokładnego wyekstrahowania analitu, aby mierzony pik DPV osiągnął stałą maksymalną wartość ~40 μΆ.After the determination of tyramine, the electrode was immersed in 0.1 M NaOH for 20 to 60 min at room temperature, (20 ± 1)°C, in order to extract the analyte so thoroughly that the measured DPV peak reached a constant maximum value of ~40 μΆ.
Pośrednie oznaczanie tyraminy za pomocą chemoczujnika MIP w warunkach stacjonarnych z zastosowaniem różnicowej woltamperometrii pulsowej, DPV, w obecności w roztworze soli dostarczającej lipofilowy przeciwjon, NH4SCNIndirect determination of tyramine by MIP chemosensor under stationary conditions using differential pulse voltammetry, DPV, in the presence of a salt solution providing a lipophilic counterion, NH4SCN
Pomiary DPV wykonano w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C, z zastosowaniem elektrochemicznego szklanego trójszyjnego mininaczynka, w kształcie litery V, o pojemności ~2,0 mL. Pomiary przeprowadzono stosując 0,1 M NH4SCN (sól dostarczającą lipofilowy przeciwjon) w PBS (pH = 7,4). W pomiarach tych potencjał zmieniano w zakresie od 0,2 do 1,00 V co 5 mV. Amplituda 50-ms pulsów potencjału wynosiła 25 mV.DPV measurements were performed at room temperature, (20 ± 1)°C, using an electrochemical V-shaped three-necked glass mini-vial with a volume of ~2.0 mL. Measurements were performed using 0.1M NH4SCN (lipophilic counterion salt) in PBS (pH = 7.4). In these measurements, the potential was changed in the range from 0.2 to 1.00 V every 5 mV. The amplitude of the 50-ms potential pulses was 25 mV.
W pomiarach DPV, względne zmiany prądu piku przy potencjale równym 1,20 V vs Ag/AgCI były proporcjonalne do zmian stężenia tyraminy w roztworze badanym w zakresie od 0,29 do 1,45 mM (Figura 5b), a równanie regresji liniowej opisujące tę zależność ma postać (/dpv,o - /dpv,s) [μA]= -13,51 (±5,68) [μA] + 37,08 (±5,91) c [μA/mM], gdzie c oznacza stężenie tyraminy w roztworze, a (/dpv,o - /dpv,s) to zmiana prądu piku DPV dla wyekstrahowanej warstwy MlPu, odpowiednio, przed (/dpv,o) i po (/dpv,s) dodaniu analitu lub substancji przeszkadzającej do roztworu badanego. Współczynnik korelacji wynosił 0,9639, a granica wykrywalności 0,46 mM, przy stosunku sygnału do szumu, S/ N = 3.In DPV measurements, the relative changes in the peak current at 1.20 V vs Ag/AgCl were proportional to changes in the tyramine concentration in the test solution ranging from 0.29 to 1.45 mM (Figure 5b), and the linear regression equation describing this the relationship is (/dpv,o - /dpv,s) [μA]= -13.51 (±5.68) [μA] + 37.08 (±5.91) c [μA/mM], where c is the concentration of tyramine in the solution, and (/dpv,o - /dpv,s) is the change in DPV peak current for the extracted MlPu layer, before (/dpv,o) and after (/dpv,s) addition of the analyte or interfering substance, respectively to the test solution. The correlation coefficient was 0.9639 and the detection limit was 0.46 mM, with a signal to noise ratio of S/N = 3.
Przykład 3Example 3
Wytwarzanie samoraportującego molekularnie wdrukowanego polimeru (MIPu) i jego osadzanie w postaci cienkiej warstwy na powierzchni elektrodyProduction of a self-reporting molecularly imprinted polymer (MIPu) and its deposition as a thin layer on the electrode surface
Warstwy MIPu przygotowano i osadzano na platynowych elektrodach dyskowych o średnicy 0,75 mm za pomocą elektropolimeryzacji w warunkach potencjodynamicznych, w zakresie potencjałów od 0 do 1,30 V vs Ag/AgCI. Wykonano 2 cykle prądowo-potencjałowe z szybkością zmiany potencjału 50 mV/s. Zarejestrowane w trakcie elektropolimeryzacji zależności prądu od potencjału przedstawione są na Figurze 6. Acetonitrylowy roztwór do elektropolimeryzacji był 25-μM względem tyraminy (szablonu), 50-μM względem kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego (monomeru funkcyjnego), 25-μM względem p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-korony-6 (monomeru funkcyjnego), 500-μM względem 2,3’-bitiofenu (monomeru sieciującego), 175-mM względem soli sodowej kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego (wewnętrzny przeciwjon) i 100-mM względem chloranu(VII) tetrabutyloamoniowego (elektrolitu podstawowego). Przed elektropolimeryzacją elektroda była oczyszczona za pomocą roztworu „piranii” (roztwór kwasu nadtlenosiarkowego), a następnie wypolerowana za pomocą β-aluminy, o średnicy ziarna 0,05 μM, do uzyskania lustrzanej powierzchni.MIPu layers were prepared and deposited on platinum disc electrodes with a diameter of 0.75 mm by electropolymerization under potentiodynamic conditions, in the potential range from 0 to 1.30 V vs Ag/AgCl. Two current-potential cycles were performed with a potential change rate of 50 mV/s. The current-potential dependencies recorded during the electropolymerization are shown in Figure 6. The acetonitrile electropolymerization solution was 25-μM for tyramine (template), 50-μM for 2,2'-bitiophene-5-carboxylic acid (functional monomer), 25- μM relative to p-bis(2,2'-bitien-5-yl)methylbenzo-18-crown-6 (functional monomer), 500-μM relative to 2,3'-bitiophene (cross-linking monomer), 175-mM relative to sodium salt thiophene-2-methylsulfonic acid (internal counterion) and 100 mM vs. tetrabutylammonium chlorate (basic electrolyte). Before electropolymerization, the electrode was cleaned with a piranha solution (peroxysulfuric acid solution), and then polished with β-alumina, grain diameter 0.05 μM, to obtain a mirror surface.
Po elektropolimeryzacji usunięto z warstwy MIPu szablon (tyraminę). W tym celu elektrodę pokrytą warstwą MIPu zanurzono na 60 min w 0,1 M NaOH, w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C.After electropolymerization, the template (tyramine) was removed from the MIPu layer. For this purpose, the electrode covered with the MIPu layer was immersed for 60 min in 0.1 M NaOH at room temperature, (20 ± 1)°C.
Pośrednie oznaczanie tyraminy za pomocą chemoczujnika MIP w warunkach stacjonarnych z zastosowaniem różnicowej woltamperometrii pulsowej, DPV, lub elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej, EIS, i samoraportującej warstwy MIPuIndirect determination of tyramine by MIP chemosensor under stationary conditions using differential pulse voltammetry, DPV, or electrochemical impedance spectroscopy, EIS, and self-reporting MIP layer
Pomiary DPV i EIS wykonano w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C, z zastosowaniem elektrochemicznego szklanego trójszyjnego mininaczynka, w kształcie litery V, o pojemności ~2,0 mL. Pomiary przeprowadzono w 0,1 M PBS (pH = 7,4).DPV and EIS measurements were performed at room temperature, (20 ± 1)°C, using an electrochemical V-shaped three-necked glass mini-vial with a volume of ~2.0 mL. Measurements were performed in 0.1 M PBS (pH = 7.4).
W pomiarach DPV potencjał zmieniano w zakresie od 0,6 do 1,30 V co 5 mV. Amplituda 50-ms pulsów potencjału wynosiła 25 mV. W tych pomiarach względne zmiany prądu piku były proporcjonalne do zmian stężenia tyraminy w roztworze badanym w zakresie stężeń od 0,05 do 1,78 mM (Figura 7b), a równanie regresji liniowej opisujące tę zależność ma postać (/dpv,o - /dpv,s) = 0,808 (±2,03 χ 10-2) - 0,238 (±2,16 χ 10-2) ctyramina mM-1, gdzie c oznacza stężenie tyraminy w roztworze, a (/dpv,o - /dpv,s) to zmiana prądu piku DPV dla wyekstrahowanej warstwy MIPu, odpowiednio, przed (/dpv,o) i po (/dpv,s) dodaniu analitu lub substancji przeszkadzającej. Współczynnik korelacji wynosił 0,976, a granica wykrywalności 0,26 mM, przy stosunku sygnału do szumu, S/ N = 3.In DPV measurements, the potential was changed in the range from 0.6 to 1.30 V every 5 mV. The amplitude of the 50-ms potential pulses was 25 mV. In these measurements, the relative changes in the peak current were proportional to changes in the concentration of tyramine in the test solution in the concentration range from 0.05 to 1.78 mM (Figure 7b), and the linear regression equation describing this relationship is (/dpv,o - /dpv ,s) = 0.808 (±2.03 χ 10 -2 ) - 0.238 (±2.16 χ 10 -2 ) ctyramine mM -1 , where c is the concentration of tyramine in the solution and (/dpv,o - /dpv, s) is the DPV peak current change for the extracted MIPu layer before (/dpv,o) and after (/dpv,s) addition of the analyte or interfering substance, respectively. The correlation coefficient was 0.976 and the detection limit was 0.26 mM, with a signal-to-noise ratio of S/N = 3.
W pomiarach EIS, zmiany oporu przeniesienia ładunku, R ct, były proporcjonalne do zmian stężenia tyraminy w roztworze badanym w zakresie od 0,05 do 2,71 mM (Figura 8b), a równanie regresji liniowej opisujące tę zależność ma postać (RCt,o - RCt,s) [kΩ] = 6,35 (±5,16) [kΩ] + 54,3 (±3,89) Ctyraminy [kΩ/mM], gdzie c oznacza stężenie tyraminy w roztworze, a (RCt,o - RCt,s) to zmiana oporu przeniesienia ładunku dla wyekstrahowanej warstwy MIPu, odpowiednio, przed (RCt,o) i po (RCt,s) dodaniu analitu lub substancji przeszkadzającej. Współczynnik korelacji wynosił 0,9777, a granica wykrywalności była równa 0,29 mM, przy stosunku sygnału do szumu, S/ N = 3.In EIS measurements, changes in charge transfer resistance, R ct, were proportional to changes in tyramine concentration in the test solution in the range of 0.05 to 2.71 mM (Figure 8b), and the linear regression equation describing this relationship is (RCt,o - RCt,s) [kΩ] = 6.35 (±5.16) [kΩ] + 54.3 (±3.89) Ctyramine [kΩ/mM], where c is the concentration of tyramine in the solution and (RCt, o - RCt,s) is the change in the charge transfer resistance of the extracted MIPu layer before (RCt,o) and after (RCt,s) addition of the analyte or interfering substance, respectively. The correlation coefficient was 0.9777 and the detection limit was 0.29 mM with a signal to noise ratio of S/N = 3.
Po zakończonym pomiarze elektrodę zanurzono w 0,1 M NaOH na 20 do 60 min, w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C, w celu tak dokładnego wyekstrahowania analitu, aby mierzony prąd piku DPV osiągnął stałą maksymalną wartość.After the measurement, the electrode was immersed in 0.1 M NaOH for 20 to 60 min at room temperature, (20 ± 1)°C, in order to extract the analyte so thoroughly that the measured DPV peak current reached a constant maximum value.
WnioskiConclusions
Wyniki komputerowego modelowania kwantowo-chemicznego wykazały, że kompleks pre-polimeryzacyjny tyraminy z wybranymi monomerami funkcyjnym jest trwały. Wskazuje na to wysoki ujemny przyrost entalpii swobodnej towarzyszący tworzeniu tego kompleksu.The results of computer quantum-chemical modeling showed that the tyramine pre-polymerization complex with selected functional monomers is stable. This is indicated by the high negative free enthalpy increase accompanying the formation of this complex.
Elektropolimeryzacja potencjodynamiczna okazała się bardzo dogodna do osadzenia warstwy MIPu z wdrukowanym szablonem - tyraminą. Wytworzony chemoczujnik MIP umożliwił selektywne oznaczanie analitu (tyraminy) w zakresie stężeń od 0,29 do 2,64 mM z zastosowaniem DPV i EIS w obecności w roztworze badanym zewnętrznego próbnika redoks, K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] lub soli dostarczającej lipofilowe aniony, NH4SCN.Potentiodynamic electropolymerization turned out to be very convenient for depositing a MIP layer with a printed template - tyramine. The developed MIP chemosensor enabled the selective determination of the analyte (tyramine) in the concentration range from 0.29 to 2.64 mM using DPV and EIS in the presence of an external redox probe, K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN) in the test solution )6] or a lipophilic anion donor salt, NH4SCN.
Ponadto osadzano na powierzchni elektrod samoraportującą warstwę MIPu z wbudowaną solą dostarczającą lipofilowy przeciwjon. Tak wytworzony chemoczujnik MIP umożliwił selektywne oznaczanie analitu (tyraminy) w zakresie stężeń od 0,05 do 2,7 μM z zastosowaniem DPV i EIS w nieobecności zewnętrznego próbnika redoks, K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] ani soli dostarczającej lipofilowe aniony, NH4SCN.In addition, a self-reporting MIPu layer with a built-in salt providing a lipophilic counterion was deposited on the surface of the electrodes. The MIP chemosensor produced in this way enabled the selective determination of the analyte (tyramine) in the concentration range from 0.05 to 2.7 μM using DPV and EIS in the absence of an external redox probe, K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6 ] or the lipophilic anion donor salt, NH4SCN.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL427041A PL242085B1 (en) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Molecularly imprinted polymer in the form of a layer for determination of tyramine, method of its manufacturing and use in chemosensor for selective electrochemical detection and/or determination of analytes, in particular tyramine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL427041A PL242085B1 (en) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Molecularly imprinted polymer in the form of a layer for determination of tyramine, method of its manufacturing and use in chemosensor for selective electrochemical detection and/or determination of analytes, in particular tyramine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL427041A1 PL427041A1 (en) | 2020-03-23 |
| PL242085B1 true PL242085B1 (en) | 2023-01-16 |
Family
ID=69888905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL427041A PL242085B1 (en) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Molecularly imprinted polymer in the form of a layer for determination of tyramine, method of its manufacturing and use in chemosensor for selective electrochemical detection and/or determination of analytes, in particular tyramine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL242085B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL446331A1 (en) * | 2023-10-10 | 2025-04-14 | Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk | Flexible electrode coated with a molecularly imprinted polymer layer for selective determination of metronidazole, method of obtaining the flexible electrode and its use |
-
2018
- 2018-09-17 PL PL427041A patent/PL242085B1/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL446331A1 (en) * | 2023-10-10 | 2025-04-14 | Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk | Flexible electrode coated with a molecularly imprinted polymer layer for selective determination of metronidazole, method of obtaining the flexible electrode and its use |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL427041A1 (en) | 2020-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dervisevic et al. | Novel electrochemical xanthine biosensor based on chitosan–polypyrrole–gold nanoparticles hybrid bio-nanocomposite platform | |
| Yang et al. | Molecularly imprinted polymer-decorated signal on-off ratiometric electrochemical sensor for selective and robust dopamine detection | |
| Yazdanparast et al. | Enzyme-based ultrasensitive electrochemical biosensor using poly (l-aspartic acid)/MWCNT bio-nanocomposite for xanthine detection: A meat freshness marker | |
| Ayerdurai et al. | Electrochemical sensor for selective tyramine determination, amplified by a molecularly imprinted polymer film | |
| Kim et al. | A potentiometric non-enzymatic glucose sensor using a molecularly imprinted layer bonded on a conducting polymer | |
| Bagheryan et al. | Diazonium-based impedimetric aptasensor for the rapid label-free detection of Salmonella typhimurium in food sample | |
| Aghaei et al. | A novel capacitive biosensor for cholesterol assay that uses an electropolymerized molecularly imprinted polymer | |
| Li et al. | A sensitive and selective sensor for dopamine determination based on a molecularly imprinted electropolymer of o-aminophenol | |
| Pietrzyk et al. | Selective histamine piezoelectric chemosensor using a recognition film of the molecularly imprinted polymer of bis (bithiophene) derivatives | |
| Wang et al. | Au-nanoclusters incorporated 3-amino-5-mercapto-1, 2, 4-triazole film modified electrode for the simultaneous determination of ascorbic acid, dopamine, uric acid and nitrite | |
| Gökçe et al. | Aptamer-modified pencil graphite electrodes for the impedimetric determination of ochratoxin A | |
| Cobb et al. | Enhancing square wave voltammetry measurements via electrochemical analysis of the non-faradaic potential window | |
| Rahman et al. | A performance comparison of choline biosensors: anodic or cathodic detections of H2O2 generated by enzyme immobilized on a conducting polymer | |
| Nezhadali et al. | Determination of benzimidazole in biological model samples using electropolymerized-molecularly imprinted polypyrrole modified pencil graphite sensor | |
| Kiss et al. | Electropolymerized molecular imprinting on glassy carbon electrode for voltammetric detection of dopamine in biological samples | |
| Zanganeh et al. | Polypyrrole-modified electrodes with induced recognition sites for potentiometric and voltammetric detection of copper (II) ion | |
| Taei et al. | Simultaneous determination of cysteine, uric acid and tyrosine using Au-nanoparticles/poly (E)-4-(p-tolyldiazenyl) benzene-1, 2, 3-triol film modified glassy carbon electrode | |
| Dervisevic et al. | Novel impedimetric dopamine biosensor based on boronic acid functional polythiophene modified electrodes | |
| Brazys et al. | Molecularly imprinted polypyrrole-based electrochemical melamine sensors | |
| Li et al. | A selective novel non-enzyme glucose amperometric biosensor based on lectin–sugar binding on thionine modified electrode | |
| Pellicer et al. | Using a portable device based on a screen-printed sensor modified with a molecularly imprinted polymer for the determination of the insecticide fenitrothion in forest samples | |
| Wojnarowicz et al. | An electropolymerized molecularly imprinted polymer for selective carnosine sensing with impedimetric capacity | |
| Wei et al. | Molecularly imprinted electrochemical sensor for the determination of ampicillin based on a gold nanoparticle and multiwalled carbon nanotube‐coated pt electrode | |
| Meng et al. | Anti-fouling materials decorated immunoprobe and electrochemical sensing interface to improve immunoassay | |
| Saksena et al. | Chiral analysis of ascorbic acid in bovine serum using ultrathin molecular imprinted polyaniline/graphite electrode |