Elektrochemické biosenzory

Ing. Vojtěch Polan

Doctoral thesis

Electrochemical biosenzors

Abstract:

The subject of this work deals with the comparison of test rhodium compounds and redox enzymes in amperometric biosensors and its usage. A significant part of the work is devoted to optimizing the working conditions of individual systems, biosensors, and their subsequent use in the determination of biological substances. Interference in the analysis of real samples were also studied. The theoretical part describes different types of biosensors, their division, biochemistry of enzymes and their immobilization. Further is mentioned an overview of the types of mediators and heterogeneous carbon materials. In the experimental part catalytic properties of rhodium compounds (Rh, RhO2, Rh2O3, chlorobis(2-phenylpyridine)rhodium(III) dimer) were tested which served as mediators of electron transfer on screen printed carbon electrodes used for determination of hydrogen peroxide, glucose (electrodes modified by glucose oxidase) and NADH. Measurements were made in flow injection system. Subsequent part of work was focused on various techniques of immobilization of glucose oxidase - immobilization in polymer (cellulose acetate or Nafion), cross-linking immobilization of glutaraldehyd, electropolymerisation (m-phenylenediamine or pyrrol). According to new gained knowledge, new amperometric biosensors were constructed with immobilized enzyme glucose dehydrogenase and alcohol dehydrogenase with cofactor NAD+. These biosensors were used for determination of glucose in the real samples and ethanol in samples of alcoholic beverages.

Abstract:

Předložená disertační práce se zabývá porovnáním testovaných sloučenin rhodia a redoxních enzymů v amperometrických biosenzorech a jejich využitím. Podstatná část práce je věnována optimalizaci pracovních podmínek jednotlivých systémů, biosenzorů, a jejich následné využití při stanovení biologických látek. Taktéž byly studovány interference při analýze reálných vzorků. Teoretická část popisuje jednotlivé typy biosenzorů, jejich rozdělení, biochemii enzymů a jejich imobilizaci. Dále je uveden přehled typů mediátorů a heterogenních uhlíkových materiálů. V experimentální části byly zkoumány katalytické vlastnosti vybraných sloučenin rhodia (Rh, RhO2, Rh2O3, chlorobis(2-fenyl-pyridin)rhoditý dimer) sloužících jako mediátory elektronového přenosu. Těmito sloučeninami byly modifikovány uhlíkové tištěné elektrody. Takto modifikované elektrody byly následně testovány při stanovení peroxidu vodíku, glukózy (elektrody modifikované enzymem glukóza oxidáza) a NADH pomocí amperometrické detekce ve spojení s průtokovou analýzou. Práce se dále zabývala výběrem imobilizace enzymu glukóza oxidázy různými imobilizačními technikami a látkami - zachycení v polymeru (acetát celulóza nebo nafion), zesítění biomolekul (glutaraldehyd) a elektropolymerizace (pyrrol nebo m-fenylendiamin). Na závěr pak byly na základě zjištěných poznatků zkonstruovány amperometrické biosenzory s imobilizovanými enzymy - glukóza dehydrogenázou, alkohol dehydrogenázou a kofaktorem NAD+ a použity pro stanovení glukózy v reálných vzorcích, respektive stanovení etanolu ve vzorcích alkoholických nápojů.

Keywords

biosenzor, enzym, mediátor, imobilizace

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 7. 2015

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 16. 9. 2015

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Doctoral programme / field:
Analytical Chemistry / Analytical Chemistry