Электрохимия азура с, адсорбированного на стеклоуглероде и печатном графитовом электроде из релина и фосфатного буферного раствора

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучена электрохимическая активность фенотиазинового красителя Азура С, адсорбированного путем однократного циклирования потенциала из фосфатного буферного раствора и глубокого эвтектического растворителя релина на стеклоуглеродном и печатном графитовом электродах. Установлена возможность получения устойчивого вольтамперометрического сигнала красителя, сохраняющегося при последующем многократном сканировании потенциала. При проведении адсорбции Азура С из фосфатного буферного раствора образуется полислойное покрытие, в пределах которого электронный обмен формально соответствует диффузионно-сорбционному контролю лимитирующей стадии. Супернернстовский наклон рН-зависимости равновесного потенциала адсорбированного Азура С указывает на значительный вклад протонирования различных форм адсорбированного красителя и многостадийный характер процесса. При адсорбции Азура С из релина морфология вольтамперограмм меняется незначительно. Меньшая эффективность адсорбции выражается в снижении токов пика красителя и сорбционном контроле лимитирующей стадии. Различия в поведении Азура С, адсорбированного из фосфатного буферного раствора и релина, могут быть связаны с изменением степени агломерации красителя и его гидратации. Модифицированные Азуром С электроды показали способность к электростатической аккумуляции нативной и термически денатурированной ДНК, подавляющей редокс-пики Азура С на вольтамперограммах. Полученные данные могут найти применение при последующей разработке способов электрополимеризации фенотиазиновых красителей и создании электрохимических сенсоров и биосенсоров, основанных на количественной оценке редокс-активности красителей на электроде.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Порфирьева

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: Anna.Porfireva@kpfu.ru

Химический институт им. А.М. Бутлерова

Россия, Казань

Т. Н. Куликова

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: Anna.Porfireva@kpfu.ru

Химический институт им. А.М. Бутлерова

Россия, Казань

Г. А. Евтюгин

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: Gennady.Evtugyn@kpfu.ru

Химический институт им. А.М. Бутлерова

Россия, Казань

Список литературы

  1. Evtugyn, G.A., Porfireva, A.V., and Belyakova, S.V., Electrochemical DNA sensors for drug determination, J. Pharm. Biomed. Anal., 2022, vol. 221, Art. 115058.
  2. Golba, S. and Loskot, J., The alphabet of nanostructured polypyrrole, Materials, 2023, vol. 16, Art. 7069.
  3. Dalkiran, B. and Brett, C.M.A., Polyphenazine and polytriphenylmethane redox polymer/nanomaterial–based electrochemical sensors and biosensors: a review, Microchim. Acta, 2021, vol. 188, Art. 178.
  4. Samet, Y., Kraiem, D., and Abdelhédi, R., Electropolymerization of phenol, o-nitrophenol and o-methoxyphenol on gold and carbon steel materials and their corrosion protection effects, Prog. Org. Coat., 2010, vol. 69, no. 4, p. 335.
  5. Porfireva, A., Plastinina, K., Evtugyn, V., Kuzin, Y., and Evtugyn, G., Electrochemical DNA sensor based on poly(Azure A) obtained from the buffer saturated with chloroform, Sensors, 2021, vol. 21, Art. 2949.
  6. Motshakeri, M., Phillips, A.R.J., and Kilmartin, P.A., Electrochemical preparation of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) layers on gold microelectrodes for uric acid-sensing applications, J. Vis. Exp., 2021, vol. 173, Art. e62707.
  7. Porfireva, A., Begisheva, E., Evtugyn, V., and Evtugyn, G., Electrochemical DNA sensor for valrubicin detection based on poly(Azure C) films deposited from deep eutectic solvent, Biosensors, 2023, vol. 13, Art. 931.
  8. Liu, Y., Song, N., Ma, Z., Zhou, K., Gan, Z., Gao, Y., Tang, S., and Chen, C., Synthesis of a poly(N-methylthionine)/reduced graphene oxide nanocomposite for the detection of hydroquinone, Mater. Chem. Phys., 2019, vol. 223, p. 548.
  9. Karra, S., Zhang, M., and Gorski, W., Electrochemistry and current control in surface films based on silica-azure redox nanoparticles, carbon nanotubes, enzymes, and polyelectrolytes, Anal. Chem., 2013, vol. 85, no. 2, p. 1208.
  10. Wu, C., Zhu, J., Zhang, B., Shi, H., Zhang, H., Yuan, S., Yin, Y., Chen, G., and Chen, C., Efficient pH-universal aqueous supercapacitors enabled by an azure C-decorated N-doped graphene aerogel, J. Colloid Interface Sci., 2023, vol. 650, p. 1871.
  11. Liu, F., Wu, C., Dong, Y., Zhu, C., and Chen, C., Poly(azure C)-coated CoFe Prussian blue analogue nanocubes for high-energy asymmetric supercapacitors, J. Colloid Interface Sci., 2022, vol. 628, p. 682.
  12. Gan, Z., Song, N., Zhang, H., Ma, Z., Wang, Y., and Chen, C., One-step electrofabrication of reduced graphene oxide/poly (N-methylthionine) composite film for high performance supercapacitors, J. Electrochem. Soc., 2020, vol. 167, Art. 085501.
  13. Blackwell, A.E., Moehlenbrock, M.J., Worsham, J.R., and Minteer, S.D., Comparison of electropolymerized thiazine dyes as an electrocatalyst in enzymatic biofuel cells and self powered sensors, J. Nanosci. Nanotechnol., 2009, vol. 9, p. 1714.
  14. Li, P., Fang, Z., Zhang, Y., Mo, C., Hu, X., Jian, J., Wang, S., and Yu, D., A high-performance, highly bendable quasi-solid state zinc–organic battery enabled by intelligent proton-self-buffering copolymer cathodes, J. Mater. Chem. A, 2019, vol. 7, p. 17292.
  15. Chen, C., Hong, X., Xu, T., Lu, J., and Gao, Y., Preparation and electrochemical and electrochromic properties of wrinkled poly(N-methylthionine) film, Synth. Met., 2015, vol. 205, p. 175.
  16. Chakraborty, A., Ahmed S., and Saha, S.K., Electrochemical studies of progressively alkylated thiazine dyes on a glassy carbon electrode (GCE) in water, ethanol and Triton X-100 media, J. Chem. Eng. Data, 2010, vol. 55, p. 1908.
  17. Bayındır, O., Ersin, E., Nazır, H., Atakol, O., and Çelikkan, H., Spectroscopic and electrochemical characterizations of copper complexes with thionine, azure C and azure A, Appl. Organomet. Chem., 2024, Art. e7356.
  18. Ahmed, S. and Saha, S.K., Electrochemical study of the reaction between progressively alkylated thiazine leucodyes and Fe (III) on a glassy carbon electrode, Can. J. Chem., 1996, vol. 74, p. 1896.
  19. Al-Rufaie, M.M., Alsultani, Z.T.A., and Waheed, A.S., Adsorption kinetics and thermodynamics of Azure C dye from aqueous solution onto activated charcoal, Koroze a Ochrana Mater., 2016, vol. 60, no. 3, p. 80.
  20. Espino, M., de los Ángeles Fernández, M., Gomez, F.J.V., and Silva, M.F., Natural designer solvents for greening analytical chemistry, TrAC, Trends Anal. Chem., 2016, vol. 76, p. 126.
  21. Shishov, A., Pochivalov, A., Nugbienyo, L., Andruch, V., and Bulatov, A., Deep eutectic solvents are not only effective extractants, TrAC, Trends Anal. Chem., 2020, vol. 129, p. 115956.
  22. Морозова, О.В., Васильева, И.С., Шумакович, Г.П., Зайцева, Е.А., Ярополов, А.И. Глубокие эвтектические растворители в биотехнологии. Усп. биол. хим. 2023. Т. 63. С. 301. [Morozova, O.V., Vasil’eva, I.S., Shumakovich, G.P., Zaitseva, E.A., and Yaropolov, A.I., Deep eutectic solvents for biotechnology applications, Biochem. Moscow, 2023, vol. 88, p. S150.]
  23. Murthy, A.S.N. and Reddy, K. S., Cyclic-voltammetric studies of some phenothiazine dyes, J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1, 1984, vol. 80, p. 2745.
  24. Schlereth, D.D. and Karyakin, A.A., Electropolymerization of phenothiazine, phenoxazine and phenazine derivatives: Characterization of the polymers by UV-visible difference spectroelectrochemistry and Fourier transform IR spectroscopy, J. Electroanal. Chem., 1995, vol. 395, p. 221.
  25. Munteanu, F.-D., Okamoto, Y., and Gorton, L., Electrochemical and catalytic investigation of carbon paste modified with Toluidine Blue O covalently immobilised on silica gel, Anal. Chim. Acta, 2003, vol. 476, p. 43.
  26. Dai, H., Xu, H., Wu, X., Lin, Y., Wei, M., and Chen, G., Electrochemical behavior of thionine at titanate nanotubes-based modified electrode: A sensing platform for the detection of trichloroacetic acid, Talanta, 2010, vol. 81, p. 1461.
  27. Priya, C., Anuja, S., Devendiran, M., Babu, R. S., and Narayanan, S. S., Non-enzymatic determination of hydrogen peroxide in milk samples using Graphite oxide/Nafion/Azure A modified electrode, Ionics, 2024. https://doi.org/10.1007/s11581-024-05470-z
  28. Tang, W., Li, J., Yang, P., He, Q., Liao, L., Zhao, M., Yang, L., Wang, Z., Wang, L., He, P., and Jia, B., Azure B microspheres/nitrogen-doped reduced graphene oxide: Non-covalent interactions based crosslinking fabrication for high-performance supercapacitors, Electrochim. Acta, 2023, vol. 441, Art. 141786.
  29. Halliday, C.S. and Matthews, D.B., Some electrochemical and photoelectrochemical properties of 3-amino-7-dimethylamino-2-methylphenazine (Neutral red) in aqueous solution, Aust. J. Chem., 1983, vol. 36, p. 507.
  30. Smolko, V., Shurpik, D., Porfireva, A., Evtugyn, G., Stoikov, I., and Hianik, T., Electrochemical aptasensor based on poly(Neutral red) and carboxylated pillar[5]arene for sensitive determination of aflatoxin M1, Electroanalysis, 2018, vol. 30, p. 486.
  31. Steentjes, T., Sarkar, S., Jonkheijm, P., Lemay, S. G., and Huskens, J., Electron transfer mediated by surface-tethered redox groups in nanofluidic devices, Small, 2017, vol. 13, Art. 1603268.
  32. Azmi, S., Roudahi, M. F., and Frackowiak, E., Reline deep eutectic solvent as green electrolyte for electrochemical energy storage application, Energy Environ. Sci., 2022, vol. 15, p. 1156

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Схема 1.

Скачать (22KB)
Метаданные
3. Схема 2.

Скачать (47KB)
Метаданные
4. Рис. 1. Циклические вольтамперограммы 0.2 мМ Азура С в 0.1 М ФБ, pH 7.0, в растворе мономера (1) и после переноса СУЭ в буферный раствор, не содержащий красителя (2). Время инкубирования – 5 мин, 0.1 В/с.

Скачать (60KB)
Метаданные
5. Рис. 2. Циклические вольтамперограммы, полученные на СУЭ с адсорбированным Азуром С: (а) регистрация всего диапазона рН на одном электроде, (б) построение зависимости по результатам разовых измерений на индивидуальных электродах. рН-Зависимость: (в) токов пика окисления, (г) токов пика восстановления адсорбированного Азура С. Черные столбики отвечают регистрации всей рН-зависимости на одном СУЭ, серые – построению зависимости по разовым измерениям на индивидуальных электродах. ЦВА, 0.1 М ФБ, рН 2.0–9.0, диапазон сканирования потенциала –0.6 … 0.5 В, 0.1 В/с.

Скачать (253KB)
Метаданные
6. Рис. 3. Циклические вольтамперограммы, полученные на СУЭ с Азуром С, адсорбированным из ФБ, при иммобилизации нативной (а) и денатурированной (б) ДНК в концентрации, мг/мл: 1 – 0, 2 – 0.25, 3 – 0.5 мг, 4 – 1.0. 0.1 М ФБ, рН 7.0, диапазон сканирования потенциала –0.6 … 0.5 В, 0.1 В/с.

Скачать (126KB)
Метаданные
7. Рис. 4. Циклические вольтамперограммы 0.1 М Азура С, адсорбированного на ПГЭ из релина, до (1) и после (2) переноса электрода в 0.1 М ФБ, рН 7.0, 0.15 В/с. Время инкубирования – 5 мин.

Скачать (66KB)
Метаданные
8. Рис. 5. Циклические вольтамперограммы 0.1 М раствора Азура С в релине на ПГЭ при последовательной регистрации 10 вольтамперограмм. Стрелками показано изменение редокс-сигналов с ростом числа циклов.

Скачать (96KB)
Метаданные
9. Рис. 6. (а) Циклические вольтамперограммы, полученные на ПГЭ при варьировании рН. рН-Зависимость (б) токов пика окисления, (в) токов пика восстановления Азура С, адсорбированного из релина. ЦВА, 0.1 М ФБ, диапазон сканирования потенциала –0.8 … 0.4 В, 0.15 В/с. Представлены средние значения и ошибки измерения для пяти электродов.

Скачать (192KB)
Метаданные
10. Рис 7. Циклические вольтамперограммы, полученные на ПГЭ с адсорбированным из релина Азуром С при иммобилизации нативной (а) и денатурированной (б) ДНК в концентрации, мг/мл: 1 – 0, 2 – 0.25, 3 – 0.5 мг, 4 – 1.0; 0.1 М ФБ, рН 7.0, диапазон сканирования потенциала –0.8 … 0.4 В, 0.15 В/с.

Скачать (140KB)
Метаданные

Примечание

Статья представлена участником Всероссийской конференции “Электрохимия-2023”, состоявшейся с 23 по 26 октября 2023 года в Москве на базе ИФХЭ РАН.


© Российская академия наук, 2024