Elektrokemistri nke methylene blue: elektrod, prob redox, na sensọ

Otu nwa akwụkwọ nke na-eme ọmụmụ dị elu na-enweta voltamogram okirikiri nke methylene blue na elektrod kabọn yiri iko, hụ ụzọ ọnụ elu abụọ doro anya, wee kwubie na e mechaala sensọ ahụ. Otu izu ka e mesịrị, ọnụ elu ndị ahụ agbanweela ọnọdụ, belata, ma ọ bụ kewaa, ọ dịghịkwa ihe dị na usoro nnwale na-akọwa ihe kpatara ya. Ihe e ji esiji ahụ agbanweghị. Nghọta e ji mee nha ahụ ezughị ezu.

Methylene blue nwere ọnọdụ ya na elektrokemistri n'ihi ihe atọ. Ọ na-enyefe ma na-anata elektrọn n'ụzọ a pụrụ ịtụgharị azụ na potenshal ndị na-adịghị oke elu, ọ na-arapara n'elu ihe ma na-ejikọta ghọọ polima ndị na-emepụta ihe mkpuchi dị gịrịgịrị, ọ na-ejikọtakwa na asịd nukleik. Nke ọ bụla bụ echiche dị iche, nke ọ bụla nwekwara ụzọ nke ya isi daa. Ntụle a na-ekewapụ ha: ụzọ redox abụọ ahụ, ọgụgụ nha, elektrod a gbanwere, ọrụ onye ogbugbo, na nhazi sensọ ndị e wuru n'elu ha.

Otu ụzọ redox, ụdị abụọ, otu proton

A na-edekarị mmeghachi omume bụ isi na pH na-anọpụ iche dị ka otu katayọn a kpụchara elektrọn na ya na-anata elektrọn abụọ na otu proton iji mepụta ụdị leuco a belatara, nke na-enweghị agba:

MB+ + H+ + 2e- gives LMB

Potenshal redox nke methylene blue na pH 7 dị nso na +11 mV ma e jiri ya tụnyere elektrod haịdrojịn ọkọlọtọ, dịka a kọrọ na ọmụmụ ọhụrụ banyere usoro mmeghachi omume nke ihe e ji esiji ahụ na Chemistry Europe. N'ihi na otu proton na-eso elektrọn abụọ, potenshal fọmal na-agbanwe ihe dịka 30 mV n'akụkụ négatif maka mmụba otu nkeji pH ọ bụla. Mkpọda ahụ bụ akara nchọpụta mbụ kwesịrị iburu n'uche. Ọ bụrụ na ọnụ elu gị na-agagharị ihe dịka 30 mV maka otu nkeji pH, ị na-ele ụzọ redox a tụrụ anya ya. Ọ bụrụ na ọ na-agagharị 60 mV maka otu nkeji, ọnụọgụ proton agbanweela. Ọ bụrụ na ọ fọrọ nke nta ka ọ ghara ịgagharị, mgbama ahụ nwere ike isite n'ihe mkpuchi dị n'elu nke nwere kemistri asịd na beesi nke ya, kama ihe e ji esiji gbazere n'ihe ngwọta.

Ịkọ elektrod ntụnyere bụ omume nke abụọ kwesịrị ịmụta. Potenshal ndị a kọrọ ma e jiri ha tụnyere Ag/AgCl, SCE, na NHE dị iche site na ọtụtụ iri ruo ọtụtụ narị millivolts, ihe ngwọta e ji jupụta elektrod na-agbanwekwa ọnụọgụ ndị ahụ ọzọ. Potenshal ọ bụla dị n'edemede a na-akọ ntụnyere ya. Akwụkwọ ọmụmụ ọ bụla na-anaghị eme nke a anaghị adabara iji ya ọzọ. Ọdịiche n'ọdịdị ụdị abụọ ahụ, katayọn dị larịị na molekul na-anọpụ iche nke nwere ike ịgbagọ, bụkwa akụkụ nke nkọwa ahụ, ibe ibe ya banyere ụzọ redox ahụ na-akọwakwa ya nke ọma.

Ihe voltamogram nke methylene blue na-egosi n'ezie

Na elektrod kabọn yiri iko dị ọcha nke na-enweghị mkpuchi, n'ime bọfa fosfet nke pH ya nọ ihe dịka n'etiti, methylene blue gbazere na-enyekarị ọnụ elu anod dị nso na 0.15 ruo 0.18 V n'akụkụ négatif ma e jiri ya tụnyere Ag/AgCl, na ọnụ elu katod dị nso na 0.20 ruo 0.25 V n'akụkụ négatif ma e jiri ya tụnyere otu ntụnyere ahụ. Ebe ha nọ kpọmkwem na-agbanwe dabere n'ọsọ nyocha, akụkọ ihe mere n'elu elektrod, na ihe ngwọta e ji jupụta elektrod ntụnyere, otu nha ọhụrụ nke a pụrụ ịgụ n'efu na kabọn yiri iko nke na-enweghị mkpuchi na-edebe ọnụ elu katod nso na 0.18 V n'akụkụ négatif na pH 7.4 n'okpuru ọnọdụ nke nnwale ahụ.

Nkọwa kacha dabara ụzọ abụọ ahụ bụ na a pụrụ ịtụgharị mmeghachi omume ha azụ, ma ọ bụghị n'ụzọ zuru oke. Ụzọ redox elektrọn abụọ zuru oke nke a pụrụ ịtụgharị azụ ga-egosi ọnụ elu ndị dị ihe dịka 30 mV iche. Ebili voltametri methylene blue na-adịkarị obosara ma ghara ịha nhata n'akụkụ abụọ, ịrapara n'elu elektrod na-emekwa ka nkọwa ya sie ike. Ihe ahụ na-eme ka nkọwa sie ike bụ akara nchọpụta, ọ bụghị mkpọtụ mgbama. Ọwa eletrik nke ọnụ elu na-abawanye kpọmkwem dịka ọsọ nyocha na-egosi ihe e ji esiji rapaara n'elu. Ọwa eletrik nke ọnụ elu na-abawanye dịka mgbọrọgwụ skwea nke ọsọ nyocha na-egosi ihe e ji esiji na-agbasa site n'ihe ngwọta ruo n'elektrod. Ọtụtụ akara nha n'ezie na-agwakọta ha abụọ, nke mere na otu ihe ngwọta nwere ike inye ịdị elu ọnụ elu dị iche na elektrod a chara ọhụrụ na nke e jirila mee ihe.

Ọksijịn gbazere na-enyekwa ọwa eletrik mbelata nke ya n'otu mpaghara potenshal ahụ, ya mere a na-emekarị ọrụ nha ọnụọgụ mgbe e wepụchara ọksijịn ma ọ bụ mgbe e tinyere mmetụta ọksijịn n'ime ngụkọta. Methylene blue na-emekwa ka elu elektrod rụọ arụ: ihe e ji esiji rapaara n'elu na-agbanwe elu ahụ n'okirikiri ọ bụla, ya mere mgbanwe ọnọdụ ọnụ elu n'oge nyocha ugboro ugboro bụ ihe akaebe banyere elektrod, ọ bụghị banyere ihe a na-enyocha.

Site n'ihe e ji esiji gbazere ruo n'elektrod a gbanwere

Biosensọ nke elektrod e ji methylene blue gbanwee na-amalite site n'otu nchọpụta dị mfe. Ihe e ji esiji ahụ na-arapara nke ukwuu na kabọn, ya mere itinye elektrod n'ime ihe ngwọta ya naanị agbanweela elektrod ahụ. Ịrapara nkịtị bụkwa ụdị nhazi na-anaghị akwụsi ike karịa ndị ọzọ, n'ihi na ihe e ji esiji ahụ na-eji nwayọọ apụ laghachi n'ihe ngwọta. Ihe ndị ọzọ niile dị n'akụkụ a bụ ụzọ isi dozie ọpụpụ ahụ.

Azịza a kacha mara nke ọma bụ poly(methylene blue) e ji eletrik mee ka ọ bụrụ polima. Ime okirikiri elektrod n'ụzọ ọksideshọn n'ime ihe ngwọta nke ihe e ji esiji na-edebe ihe mkpuchi na-arụ ọrụ redox, nke na-anọgide n'ebe ya karịa monoma rapaara n'elu. Usoro ọkọlọtọ nke ụdị Karyakin na-eji ihe dịka 1 mM nke ihe e ji esiji n'ime 0.02 M bọfa borate dị nso na pH 9.1, tinyere 0.1 M potassium chloride, na-eme okirikiri site n'ihe dịka 0.40 V n'akụkụ négatif ruo 1.20 V n'akụkụ positif maka ihe dịka 30 okirikiri, dịka e dekọrọ na akwụkwọ tesịs Durham nke kọwara usoro ahụ. Bọfa alkalin ahụ dị mkpa: ihe mkpuchi ahụ na-eto site n'ụdị a kpụchara elektrọn na ha nke a na-emepụta na potenshal positif, mpaghara potenshal a na-eji ga-erukwa ha.

Nhazi ndị ọzọ na-edozi nsogbu dị iche iche. Elektrod nke ntụ kabọn a gwakọtara ghọọ tapawa na elektrod e bipụtara site na sieve na-ahapụ ụfọdụ nkenke iji mee ka a tụfuo ha mgbe e jiri ha mee ihe. Ngwakọta nwere nanotube ma ọ bụ graphene na-abawanye mpaghara na-arụ ọrụ ma mee ka ọnụ elu pụta nke ọma. Elektrod ọlaedo nke nwere prob e ji thiol jigide na-arụ ọrụ n'ime sensọ asịd nukleik ndị dị n'okpuru. Ịkpọchi ihe e ji esiji n'okpuru ihe mkpuchi Nafion na-eme ka ọpụpụ ya belata, mana nzaghachi na-adịkwa nwayọọ. Ajụjụ nhazi na-abụ otu mgbe niile: ụdị mmebi ọrụ nke ị na-ebelata, gịnịkwa ka ị hapụrụ iji belata ya?

Echiche onye ogbugbo: onye na-ebufe, ọ bụghị naanị reagent

Dị ka onye ogbugbo redox methylene blue na voltametri okirikiri, ihe e ji esiji gbazere na-arụ ọrụ dị ka onye na-ebufe elektrọn n'etiti ihe a na-enyocha nke na-adịghị mfe imeghachi omume na elektrod. Ihe e ji esiji nke a kpụchara elektrọn na ya na-anata elektrọn site na kemistri ihe nlele ahụ, elektrod na-akpụpụkwa elektrọn ọzọ n'ụdị ihe e ji esiji a belatara, ọwa eletrik a tụrụ na-egosikwa ugboro mmeghachi omume ahụ na-eme. Ịta a na-ejikarị eme ihe mgbe ihe e ji esiji na-agbasa n'enweghị mgbochi bụ ọtụtụ iri micromolar, ihe dịka 10 ruo 60, ọ bụghị otu ọkọlọtọ a kapịrị ọnụ.

Ụdị kemistri atọ nke onye ogbugbo na-apụtakarị. Ihe e ji esiji ahụ na-abụ onye ogbugbo ọksideshọn NADH, gụnyere usoro mmeghachi omume ejikọrọ na ensaịm, ihe mkpuchi poly(methylene blue) na-ejikwa eletrik mee ka otu mmeghachi omume ahụ dị ngwa n'elu elektrod. Na oxidase, ọ nwere ike ịrụ ọrụ dị ka onye nnata elektrọn e kere eke. Na sistem peroxidase, ihe e ji esiji a belatara na-ebufe elektrọn gaa n'ihe ndị na-etolite n'etiti mmeghachi omume nke na-ebelata peroxide; nke a na-eme ka a chọpụta hydrogen peroxide na potenshal etinyere dị ala ebe ihe ndị na-egbochi nha dị ole na ole. Otu ọmụmụ Chemical Science nke 2025 banyere ọksideshọn NADH nke onye ogbugbo na-enyere aka na-akọwa usoro ahụ nke ọma. Mgbe ihe e ji esiji dị ukwuu, mgbama ndabere nke onye ogbugbo na kemistri ọksijịn nwere ike ịkarị mgbama nyocha, ya mere ịta onye ogbugbo bụ ihe a na-agbanwe iji nweta ọnọdụ kacha mma, ọ bụghị reagent a ga-etinye gabiga oke.

Sensọ asịd nukleik: ebe njikọ na-aghọ ọwa eletrik

Methylene blue na-ejikọta na DNA site na ngwakọta nke ịbanye n'etiti akụkụ DNA, ndọta eletrik kwụ ọtọ, na mmekọrịta pụrụ iche na guanine, ya mere ịkpọ ya naanị ihe na-abanye n'etiti akụkụ DNA na-eleda kemistri ahụ anya. Nhazi sensọ na-atụgharị njikọ ahụ ka ọ bụrụ ọwa eletrik n'ụdị nhazi abụọ dị iche, ịgwakọta ha bụkwa njehie ọgụgụ a na-ahụkarị n'akwụkwọ ọmụmụ ndị a.

Na nhazi na-enweghị akara e jikọtara na prob, ihe e ji esiji nke nwere onwe ya n'ime ihe ngwọta na-ejikọta na DNA prob a jigidere n'elu, njikọta eriri DNA abụọ na-agbanwekwa mgbama ahụ. Otu usoro a na-ahụkarị nke na-ebelata mgbama bụ nke a: prob nwere otu eriri na-achịkọta ihe e ji esiji ma nye nnukwu ọnụ elu, ebe njikọta ya iji mepụta DNA nwere eriri abụọ na-agbanwe gburugburu ihe e ji esiji ahụ, mgbama wee daa. Ụdị ndị a na-erukarị oke nchọpụta nanomolar. Otu ihe atụ debere DNA kwekọrọ ibe ya n'elu nanotube kabọn nwere otu mgbidi dị n'elu ọlaedo, wee kọọ mmekọrịta kwụ n'ahịrị site na 100 ruo 1000 nM, nwere oke nchọpụta dị nso na 7 nM na Electroanalysis.

Na nhazi nwere akara e jikọtara na prob, a na-eji njikọ kovalent jikọta ihe e ji esiji n'otu nsọtụ prob, a na-ejikwa thiol jikọta nsọtụ nke ọzọ na ọlaedo, voltametri ebili skwea na-esokwa ihe na-egosi mgbama e jikọtara ahụ. Sensọ aptamer elektrokemịkal nke dabere na mpịachi na-agbatị echiche a: njikọ ihe a na-achọ ịchọpụta na-emegharị nhazi aptamer ma gbanwee ebe ihe na-egosi mgbama nọ ma e jiri ya tụnyere elektrod. Otu sensọ ochratoxin A ji aptamer nwere akara abụọ, thiol na ihe e ji esiji, n'elu ọlaedo kọọ mpaghara nha 0.1 ruo 1000 pg per mL nwere oke nchọpụta dị nso na 0.095 pg per mL, nke e bipụtara na Analytica Chimica Acta.

Ọdịiche ahụ dị mkpa mgbe a na-achọ ihe kpatara nsogbu. N'ụdị na-enweghị akara e jikọtara na prob, ihe e ji esiji bụ akụkụ ihe ngwọta nke nwere ịta nke ya na otú ọ dabere na pH. N'ụdị nwere akara e jikọtara na prob, ihe e ji esiji bụ akụkụ prob, mgbanwe mgbama na-egosikwa anya na mmegharị, ọ bụghị ọnụọgụ ihe e ji esiji e weghaara.

Ihe atụ nke ensaịm na ngwakọta

Ihe mkpuchi poly(methylene blue) na-ejigidekwa sensọ ensaịm. Otu sensọ ammonium jikọtara elektrod e bipụtara site na sieve, nanopatịkụl ọlaedo na ihe mkpuchi nke ihe e ji esiji, wee tinye mkpuchi kemistri glutamate dehydrogenase n'elu ha. Ihe mkpuchi ahụ na-akpụpụ elektrọn na NADH ebe ensaịm na-eji NADH eme ihe dịka ọnụọgụ ammonium dị: 0 ruo 300 micromolar nwere oke nchọpụta dị nso na 0.65 micromolar, dịka a kọrọ na Biosensors. Ntụle nke 2025 banyere ihe e ji esiji ahụ n'ọrụ nchọpụta elektrokemịkal na Analytica Chimica Acta na-akọwa mpaghara ọrụ a dum.

Ọnọdụ ndị ga-eso nsonaazụ ọ bụla

Ntụaka ibe ya banyere usoro nnwale nha ọnụọgụ na-akọwa ịgbaso usoro nhazi nha n'ozuzu. Maka nsonaazụ elektrokemịkal kpọmkwem, ihe ndị a kwesịrị ịdị na ndekọ ụlọ nyocha ọ bụla:

Ihe na-egosi mgbama abụghị ọgwụgwọ

Ọdịiche ikpeazụ bụ nke e dere ibe a iji mee ka o doo anya. Ọnụ elu ebili skwea na-ada mgbe eriri DNA jikọtara na-egosi na akara redox gbanwere ebe ọ nọ ma ọ bụ na njikọ ihe e ji esiji gbanwere. Ọ naghị egosi ihe methylene blue na-eme n'ime onye ọrịa. Kemistri nha na ọrụ ya n'ime ihe dị ndụ nwere otu molekul, ma nke ahụ bụ naanị ihe ha nwere ọnụ: ịta dị iche, gburugburu ihe nlele dị iche, elektrod mmegide dị iche ndị membren na ensaịm nọchiri anya ha. Debe ajụjụ ọgwụgwọ n'ibe ndị gbasara ọrụ ya n'ime ihe dị ndụ, ma jikọta nkwupụta gbasara sensọ na elektrod, bọfa, na usoro e ji nweta ha. Akara redox bụ ihe na-egosi mgbama. Ihe ndị na-egosi mgbama na-akọwa nnwale, ọ bụghị ahụ mmadụ.