Auf Glukoseoxidase (GOx) basierende Biosensoren haben aufgrund ihres Potenzials für die schnelle Glukoseerkennung und kontinuierliche Überwachung große Aufmerksamkeit erregt, was für die Krankheitsdiagnose und -prävention sowie für die kontrollierbare Produktion bei Zuckerherstellungs- und Fermentationsprozessen von entscheidender Bedeutung ist.
Das Kaskadensystem aus Glukoseoxidase/Elektrokatalysatoren/Elektrode (GOx/ECs/Elektrode) dient als Kernbestandteil der meisten Glukose-Biosensorgeräte (sowohl invasiv als auch nicht-invasiv). Der strukturierte Aufbau dieser Kaskaden-Sensoreinheiten bleibt jedoch eine Herausforderung, was das Erreichen einer hohen Empfindlichkeit und Langzeitstabilität begrenzt.
Inspiriert durch die Struktur der Elektronentransferketten in den Mitochondrien hat eine Forschungsgruppe um Prof. Wan Yinhua vom Institut für Verfahrenstechnik (IPE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine dreidimensionale (3D) mesoporöse Biosensormembran entwickelt mit benachbarten Nanostrukturen, die eine hervorragende Empfindlichkeit und Langzeitstabilität aufweisen.
Die Studie wurde veröffentlicht in Fortschrittliche Funktionsmaterialien.
Bei der Herstellung der Biosensor-Membranen verwendeten die Forscher eine ternäre Beschichtung aus Tanninsäure-3-Aminopropyltriethoxysilan-Fe3+ (TA-APTES-Fe), um Berliner Blau (PB) und GOx in der dreidimensionalen mesoporösen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Membran (CNT) ordnungsgemäß zusammenzusetzen und nebeneinander einzuschließen Elektrode.
„Diese Strategie verbessert die Kaskadensensoreinheiten in unmittelbarer Nähe und erweitert die Dreiphasengrenze (TPB) vom herkömmlichen 2D-Kontakt zum 3D-Kontakt, was die Effizienz der Kaskadenreaktion steigert, die Zugänglichkeit und Verfügbarkeit von H2O2 zum TPB verbessert und die …“ Nutzung von PB“, sagte Prof. Luo Jianquan vom IPE.
Darüber hinaus stabilisiert die räumlich begrenzte Mikroumgebung PB und GOx. Die Trennfunktion der CNT-Membran erhöht die Sensorstabilität durch die In-situ-Entfernung von Störstoffen aus den Analyten weiter.
Die so hergestellte mesoporöse Biosensormembran weist eine gute Empfindlichkeit und Langzeitstabilität mit einer vernachlässigbaren Reaktionsdrift für bis zu acht Stunden auf und übertrifft damit die berichteten Ergebnisse.
„Die Multienzym-Nachahmungsfunktionen von PB wurden eingesetzt, um den Membranreinigungsprozess „Lockerung und Abbau“ zu imitieren und die verschmutzte Biosensormembran vollständig zu regenerieren“, sagte Prof. Wan.
Diese Arbeit liefert eine neuartige Design- und Betriebsstrategie für Biosensoren, die eine effiziente, zuverlässige und stabile Erfassung gewährleistet.
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Siqing Song et al, 3D Neighborhood Nanostructure Reinforces Biosensing Membrane, Fortschrittliche Funktionsmaterialien (2023). DOI: 10.1002/adfm.202303313