Glucose oxidase electrodes via reconstitution of the apo-enzyme: tailoring of novel glucose biosensors

Katz, Eugenii; Riklin, Azalia; Heleg-Shabtai, Vered; Willner, Itamar; Bückmann, Andreas F.

doi:10.1016/s0003-2670(98)00688-6

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“…Por essa razão, várias estratégias de imobilização tanto do mediador quanto da enzima sobre a monocamada têm sido desenvolvidas 117,118 . O contato elétrico entre a proteína redox e o eletrodo pode ser obtido pela ligação covalente do mediador à estrutura da enzima.…”

Section: Eletrodos Modificados Com Sam -Análise De Compostos Orgânicosunclassified

“…O contato elétrico entre a proteína redox e o eletrodo pode ser obtido pela ligação covalente do mediador à estrutura da enzima. Por exemplo, em um eletrodo enzimático baseado na enzima glutationa redutase acoplada a uma SAM de um ácido carboxílico sobre eletrodo de ouro, o contato elétrico entre a enzima e o eletrodo foi estabelecido através da ligação covalente do N-metil-N ' -carboxialquil-4,4-bipiridínio à estrutura da enzima 118,119 . O eletrodo resultante eletrocatalisou a redução da glutationa oxidada.…”

Section: Eletrodos Modificados Com Sam -Análise De Compostos Orgânicosunclassified

“…Uma outra maneira de se estabelecer melhor contato elétrico entre o centro redox da enzima e a superfície do eletrodo é por meio do método de reconstituição da enzima. Neste processo, o mediador é ligado diretamente ao centro redox da enzima, sendo a apoenzima (enzima sem o centro redox) posteriormente reconstituída sobre a superfície do eletrodo, de acordo com o esquema mostrado na Figura 8 118,120 . Empregando-se este método foi construído um sensor para glicose 121 , onde o mediador pirroloquinolina quinona (PQQ) foi covalentemente ligado a uma monocamada de cisteamina e, posteriormente, reagido com um derivado amina do FAD, o N(6)-(2-aminoethyl)-FAD.…”

Section: Eletrodos Modificados Com Sam -Análise De Compostos Orgânicosunclassified

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Emprego de monocamadas auto-organizadas no desenvolvimento de sensores eletroquímicos

Freire¹,

Pessôa²,

Kubota³

2003

Quím. Nova

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Recebido em 18/7/02; aceito 9/10/02 SELF-ASSEMBLED MONOLAYERS APPLICATIONS FOR THE DEVELOPMENT OF ELECTROCHEMICAL SENSORS. Selfassembled monolayers (SAMs) modified electrodes exhibit unique behavior that can greatly benefit electrochemical sensing. This brief review highlights the applications of SAM modified electrodes in electroanalytical chemistry. After a general introduction, which includes the approaches for SAM development, different electrochemical systems for detecting inorganic and organic species are described and discussed. Special attention to the coupling of biological sensing element to the SAM is given, which can selectively recognize the analyte. Future prospects are also evaluated.Keywords: chemically modified electrodes; self-assembled monolayers; electrochemical sensors. INTRODUÇÃOO desenvolvimento de sensores eletroquímicos é uma das áreas de maior e mais rápido crescimento dentro da Química Analítica, principalmente devido aos novos desafios impostos por amostras de interesse industrial, clínico e ambiental, que têm levado a uma crescente busca por sensores com melhores características, tais como alta sensibilidade, seletividade e estabilidade [1][2][3][4][5][6][7][8] . Apesar da grande versatilidade e perspectivas apresentadas pelos sensores eletroquímicos, a utilidade de um eletrodo é muitas vezes limitada devido a uma passivação gradual de sua superfície, que é conseqüência principalmente da adsorção dos produtos da própria reação de óxido-redução utilizada na detecção, ou ainda, dos sub-produtos destas reações que podem se polimerizar e se depositar sobre a superfície dos eletrodos 6 . Além disso, a sensibilidade de muitos analitos importantes pode ser prejudicada em função da cinética de transferência de elétrons entre estes compostos e os materiais dos eletrodos ser excessivamente lenta 9 . Uma outra limitação é a dificuldade de discriminar entre compostos alvos que possuam características redox similares 9 . Uma área que oferece grande potencial para minimizar os problemas acima descritos, e conseqüentemente para aumentar a aplicabilidade e eficiência dos sensores eletroquímicos, é a que compreende os chamados eletrodos quimicamente modificados (EQM) 9,10 . A habilidade para controlar e manipular deliberadamente as propriedades das superfícies dos eletrodos pode proporcionar uma variedade de efeitos atrativos, levando a superfícies com características que podem contornar efetivamente muitos dos problemas apresentados pelos sensores eletroquímicos tradicionais.Estudos experimentais, suportados pela teoria, têm mostrado que a velocidade de transferência de elétrons pode ser sensivelmente afetada em função da modificação da superfície dos eletrodos 11. A classificação das reações do eletrodo pode ser feita com base no grau de interação entre os reagentes e a superfície do eletrodo, ocorrida durante o estado de transição da transferência de elétrons 12 . Os processos de transferência de elétrons onde as interações entre as espécies reagentes e a superfície do eletrodo são fracas e não es...

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Section: Eletrodos Modificados Com Sam -Análise De Compostos Orgânicosunclassified

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Emprego de monocamadas auto-organizadas no desenvolvimento de sensores eletroquímicos

Freire¹,

Pessôa²,

Kubota³

2003

Quím. Nova

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“…Using SAMs has the potential to provide enzyme electrodes with a high degree of reproducibility, 1,2 molecular level control over the spatial distribution of the immobilized enzymes [3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14] and the immobilization of the enzyme close to the electrode thus allowing direct electron transfer to be achieved. [15][16][17][18][19][20][21][22][23][24] These advantages have resulted in a recent surge in research into self-assembled monolayers for biosensor applications in general, and enzyme electrodes in particular. [25][26][27] However, despite the plethora of biosensor research papers using self-assembled monolayers as the base onto which the biomolecule is immobilized, there has been very little fundamental research into what steps are important in the fabrication process or which parameters control the response of the resultant biosensor.…”

mentioning

confidence: 99%

Parameters Important in Fabricating Enzyme Electrodes Using Self-Assembled Monolayers of Alkanethiols

et al. 2001

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The immobilization of enzymes on the surface of electrodes modified with self-assembled monolayers (SAMs) provides a number of advantages as a method for the fabrication of enzyme electrodes. Using SAMs has the potential to provide enzyme electrodes with a high degree of reproducibility, 1,2 molecular level control over the spatial distribution of the immobilized enzymes 3-14 and the immobilization of the enzyme close to the electrode thus allowing direct electron transfer to be achieved. [15][16][17][18][19][20][21][22][23][24] These advantages have resulted in a recent surge in research into self-assembled monolayers for biosensor applications in general, and enzyme electrodes in particular. [25][26][27] However, despite the plethora of biosensor research papers using self-assembled monolayers as the base onto which the biomolecule is immobilized, there has been very little fundamental research into what steps are important in the fabrication process or which parameters control the response of the resultant biosensor.Alkanethiols modifying gold are the most popular SAMs. 25,26 The interaction between the thiol groups and the gold results in a strong pseudocovalent bond 28 which is stable throughout the potential range of 0.8 V to -1.4 V versus Ag/AgCl before being oxidatively or reductively desorbed. 29,30 If the alkanethiol has appropriate chemical functionality, such as an amine or carboxylic acid moiety, then once the SAM is formed, enzymes and other biomolecules can be easily covalently bound to the SAM. In this way, a monolayer or submonolayer of enzyme is immobilized. For enzyme electrodes a short alkyl chain alkanethiol, usually three carbons long, is chosen so that the enzyme is as close as possible to the electrode. An additional advantage of the short alkyl chain is that a relatively disordered SAM is formed which means the underlying metal is still electrochemically accessible. In contrast, if a long chain alkanethiol is used the electrode is passivated unless defects are deliberately introduced into the SAM. 31 There are a number of steps in the fabrication of an enzyme electrode using an alkanethiol. First, the metal surface must be prepared and cleaned. The alkanethiol must self-assemble onto the metal, followed by activation of the chemical functionality of the SAM, leading finally to the exposure of the activated SAM to the enzyme which is when attachment occurs. There are however many unknowns in this fabrication process. Questions that needs answers are: what effect does the roughness of the gold surface have? How long should the metal be exposed to the alkanethiol solution to allow a stable SAM to be formed? What is the optimal procedure for activating the SAM for enzyme attachment? How long should the activated SAM be exposed to enzyme? What should the concentration of the enzyme solution be during enzyme immobilization? Does the buffer used have any effect on subsequent performance? Can the amount of enzyme immobilized be controlled and do different enzyme loadings lead to different electr...

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“…Katz and Willner developed a method to establish direct electron transfer between the active centre of glucose oxidase and the electrode surface through a defined structured path by reconstitution of the enzyme with nitrospiropyran-modified and 2-aminoethyl modified flavin adenine dinucleotide, FAD, cofactor [23,24,[44][45][46][47]. They produced a fuel cell using enzymes on both anode and cathode.…”

Section: Enzyme Electrodes With Layered Structuresmentioning

confidence: 99%

Enzymatic Biofuel Cells—Fabrication of Enzyme Electrodes

Scott

2010

Energies

130

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Enzyme based bioelectronics have attracted increasing interest in recent years because of their applications on biomedical research and healthcare. They also have broad applications in environmental monitoring, and as the power source for portable electronic devices. In this review, the technology developed for fabrication of enzyme electrodes has been described. Different enzyme immobilisation methods using layered structures with self-assembled monolayers (SAM) and entrapment of enzymes in polymer matrixes have been reviewed. The performances of enzymatic biofuel cells are summarised. Various approaches on further development to overcome the current challenges have been discussed. This innovative technology will have a major impact and benefit medical science and clinical research, healthcare management, energy production from renewable sources.

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Glucose oxidase electrodes via reconstitution of the apo-enzyme: tailoring of novel glucose biosensors

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