電気化学バイオセンシングのための新規なアセテート機能化イオン液体/MWCNTマトリックス上にワサビペルオキシダーゼを固定化するための簡便な戦略

Facile strategy for immobilizing horseradish peroxidase on a novel acetate functionalized ionic liquid/MWCNT matrix for electrochemical biosensing.

• K Theyagarajan
• Mari Elancheziyan
• Prakash Sinha Aayushi
• Kathavarayan Thenmozhi

抄録

生体分子を固定化するための簡便でシンプルなプラットフォームは、高性能なバイオセンサーを作製する上で常に重要な要件となっています。本研究では、ワサビペルオキシダーゼ（HRP）の共有結合固定化のためのナフチル置換アセテート機能化イオン液体（NpAc-IL）を開発し、これを用いてHRPの直接電気化学反応に成功し、HOバイオセンサーを開発した。NpAc-ILのナフチル置換を利用してMWCNT修飾GCEとのπ-πスタッキングを行い、NpAc-ILの末端-OCH基を利用してアミド結合形成を介してHRPの遊離-NH基と共有結合させることに成功した。新たに設計したイオン液体（NpAc-IL）の高導電性により、HRPの深くに埋もれた酸化還元中心とのコミュニケーションが改善され、共有結合により水溶性HRP酵素を電極表面に安定に保持することで、作製したバイオセンサーの安定性が向上しました。さらに、MWCNTをセンサーセットアップに組み込むことで、相乗的に開発したバイオセンサーの感度を向上させた。最適化された条件の下で、作製したバイオセンサーは、0.01から2.07mMの範囲で、検出限界と感度がそれぞれ2.7μMと55.98μAmMcmのHOの向上した電極触媒還元を示した。さらに、提案したバイオセンサーは、実試料中のHOの検出に利用されました。さらに、新たに作製したバイオセンサーは、HO還元に対する感度と選択性を向上させ、優れた安定性を示した。このような優れた分析特性は、この新規に開発したアセテート機能化イオン液体プラットフォームを用いた簡便な作製戦略に起因するものである。

Facile yet simple platforms for the immobilization of biomolecules have always been a substantial requirement for the fabrication of proficient biosensors. In this study, we report a naphthyl substituted acetate functionalized ionic liquid (NpAc-IL) for the covalent anchoring of horseradish peroxidase (HRP), using which the direct electrochemistry of HRP was successfully accomplished and a HO biosensor was developed. The naphthyl substitution on the NpAc-IL was utilized for the π-π stacking with the MWCNT modified GCE and the terminal -OCH group of NpAc-IL was used for the covalent attachment with the free -NH group of HRP via amide bond formation. High conducting nature of the newly designed ionic liquid (NpAc-IL), facilitated an improved communication with the deeply buried redox centre of the HRP, while the covalent bonding provided enhanced stability to the fabricated biosensor by stably holding the water soluble HRP enzyme on the electrode surface. Furthermore, incorporation of MWCNT on the sensor setup synergistically enhanced the sensitivity of the developed biosensor. Under optimized conditions, the fabricated biosensor showed an enhanced electrocatalytic reduction of HO in the range of 0.01 to 2.07 mM with a limit of detection and sensitivity of 2.7 μM and 55.98 μA mM cm respectively. Further, the proposed biosensor was utilized for the sensing of HO spiked in real samples. Moreover, the newly fabricated biosensor demonstrated excellent stability with improved sensitivity and selectivity towards HO reduction. The superior analytical characteristics are attributed to the facile fabrication strategy using this newly developed acetate functionalized ionic liquid platform.

Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.