Electrosensing Applications by Using Titania as a Support for Bio(inspired) Molecules

Datum: 25 mei 2018

Locatie: Campus Groenenborger, U.241 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 10 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Chemie

Promovendus: Vanousheh Rahemi

Promotor: Karolien De Wael & Vera Meynen

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Vanousheh Rahemi - Faculteit Wetenschappen, Departement Chemie



Abstract

In dit werk worden nieuwe strategieën voor de detectie van fenolische verbindingen ontwikkeld gebaseerd op het gebruik van titania en het enzyme peroxidase (HRP) of een bio-geïnspireerd alternatief (phthalocyanine). In essentie kan met HRP, dat affiniteit vertoont voor fenolverbindingen, de detectie van fenolen enkel plaatsgrijpen in aanwezigheid van waterstofperoxide (H2O2). In contact met H2O2 zal een reactief HRP-H2O2-complex ontstaan dewelke als sterk oxidatief middel de reactie met fenolen initieert. Echter, de toevoeging van H2O2 bemoeilijkt de detectiestrategie aanzienlijk aangezien extra tijd nodig is voor achtergrondstabilisatie. Bovendien vormt de stabilisatie van enzymen een bijkomend probleem; enzymen opgelost in een waterige elektrolyt oplossing zijn meer vatbaar voor variaties in pH en temperatuurwisselingen. In een eerste fase werd een adhesief geleidend elektrodemateriaal bereid dat bestaat uit grafiet, een biocompatibel nafion membraan en commercieel mesoporeus titaniumoxide (TiO2) geïmpregneerd met HRP. Het TiO2 beschermt het opgenomen enzym tegen denaturatie en verhoogt aldus de stabiliteit. Rekening houdend met het feit dat toevoeging van H2O2 een essentiële stap is bij op elektrochemie gebaseerde detectiestrategieën met HRP als oxidans, werd in een volgende fase een nieuwe strategie ontwikkeld om de nadelen van toevoeging van waterstofperoxide te overwinnen.

De bijzondere kenmerken van TiO2 werden vervolgens gebruikt om een sensor te construeren om fenolische verbindingen in doorstroomsystemen te detecteren. Deze kenmerken zijn gerelateerd aan de aanwezigheid van reactieve zuurstofgroepen (ROS) aan het oppervlak van TiO2 bij bestraling in daglicht. Deze ROS werken als het noodzakelijke oxidatiemiddel voor fenolische detectie. Doorstroomcellen maken het mogelijk om met een hoge gevoeligheid kleine hoeveelheden fenolen te detecteren in een staal: (i) de waterige stroom is in het algemeen laminair, niet turbulent; en (ii) diffusie is een efficiënte werkwijze voor het mengen van twee of meer vloeistoffen.

Tot slot zijn enzymatische systemen vaak een inspiratie voor de ontwikkeling van (bio) analytische technieken. De instabiliteit en reproduceerbaarheid van de reactiviteit van enzymen, gecombineerd met de behoefte aan chemische reagentia voor detectie, blijven echter een uitdaging voor de ontwikkeling en het vermarkten van biosensoren. Om de nadelen van de huidige enzymatische sensoren te overwinnen, werd een fotogevoelig materiaal, een geperfluoreerde Zn-ftalocyanine, bestudeert. Dit materiaal kan, onder rood laserlicht, singlet-zuurstof (uit lucht) genereren en daaropvolgend analyten oxideren, i.e. elektrochemisch detecteerbare producten, met een hoge gevoeligheid.



Link: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen