Ubutabire bw'amashanyarazi bw'ubururu bwa metilene: elekiturode, molekile z'igenzura rya redox, n'ibyuma bipima

Umunyeshuri wo mu cyiciro cya kaminuza gikurikira icya mbere akora volutamogramu y'ubururu bwa metilene mu byiciro bisubirwamo kuri elekiturode ya karubone imeze nk'ikirahure, akabona impinga ebyiri zigaragara neza, maze akanzura ko igikoresho gipima cyuzuye. Nyuma y'icyumweru, izo mpinga ziba zarimutse, zaragabanutse, cyangwa zarigabanyijemo, kandi nta kintu na kimwe mu mabwiriza y'igerageza gisobanura impamvu. Irangi ntiryahindutse. Igitekerezo cyari gishingiyeho ipima ni cyo kitari cyuzuye.

Ubururu bwa metilene bufite umwanya mu butabire bw'amashanyarazi kubera impamvu eshatu. Buhererekanya elekitironi mu buryo bushobora gusubira inyuma kuri potansiyeli zidakabije, bufata ku buso kandi bukibumbira muri polimeri zikora utwugara, ndetse bukihuza na aside nukileyike. Buri kimwe ni igitekerezo cyihariye, kandi buri kimwe kigira uburyo bwacyo bwo kunanirwa. Iyi nyandiko irabitandukanya: imiterere ibiri igize umuryango wa okisidasiyo-redugisiyo, ikimenyetso gisomwa, elekiturode yahinduwe, uruhare rwo guhuza ihererekanya rya elekitironi, n'imikorere y'ibyuma bipima yubakiye kuri ibyo.

Umuryango umwe wa okisidasiyo-redugisiyo, imiterere ibiri, porotoni imwe

Reyakisiyo y'ibanze kuri pH itabogamye ubusanzwe yandikwa nk'iyoni imwe ifite umuriro mwiza iri mu miterere ya okisidasiyo yakira elekitironi ebyiri na porotoni imwe, ikabyara imiterere ya leuco iri muri redugisiyo kandi itagira ibara:

MB+ + H+ + 2e- gives LMB

Potansiyeli ya okisidasiyo-redugisiyo y'ubururu bwa metilene kuri pH 7 iba hafi ya +11 mV ugereranyije na elekiturode ngenderwaho ya hidurojeni, nk'uko byatangajwe mu bushakashatsi buherutse gusohoka muri Chemistry Europe ku buryo iri rangi rikora. Kubera ko porotoni imwe iherekeza elekitironi ebyiri, potansiyeli yemewe muri ibyo bihe igabanuka hafi ya 30 mV kuri buri kwiyongera kwa pH ho igipimo kimwe. Uwo muvuduko w'ihinduka ni cyo kimenyetso cya mbere gikwiye gufatwa mu mutwe. Niba impinga yawe yimuka hafi ya 30 mV kuri buri gipimo cya pH, uba ureba umuryango wa okisidasiyo-redugisiyo utegerejwe. Niba yimuka 60 mV kuri buri gipimo, umubare wa porotoni uba wahindutse. Niba hafi itimuka na gato, ikimenyetso gishobora guturuka ku kagara kari ku buso gafite ubutabire bwako bwa aside na baze, aho guturuka ku irangi ryashonze.

Kwitondera elekiturode ngenderwaho ni umuco wa kabiri. Potansiyeli zitangwa ugereranyije na Ag/AgCl, SCE, na NHE zitandukana na millivolts zibarirwa mu mirongo kugeza mu magana, kandi umuti wuzuzwa muri elekiturode wongera guhindura iyo mibare. Buri potansiyeli muri iyi nyandiko ivuga elekiturode yayo ngenderwaho. Inyandiko iyo ari yo yose itabivuga ntishobora gukoreshwa mu kongera gukora ipima. Itandukaniro ry'imiterere hagati y'ubwo buryo bwombi, iyoni ifite umuriro mwiza kandi irambuye ugereranyije na molekile idafite umuriro kandi ishobora guhindura ishusho, na ryo ni igice cy'ibisobanuro; urupapuro rujyanye n'iyi nyandiko ruvuga kuri uwo muryango wa okisidasiyo-redugisiyo rurabisobanura mu buryo burambuye.

Icyo volutamogramu y'ubururu bwa metilene yerekana koko

Kuri elekiturode isukuye ya karubone imeze nk'ikirahure idafite igifuniko, iri mu muti wa fosifate utuma pH idahindagurika kandi ufite pH hafi y'itabogamye, ubururu bwa metilene bwashonze busanzwe butanga impinga ya anode iri hafi ya 0.15 kugeza kuri 0.18 V munsi ya Ag/AgCl, n'impinga ya katode iri hafi ya 0.20 kugeza kuri 0.25 V munsi y'iyo elekiturode ngenderwaho nyine. Imyanya nyayo irahinduka bitewe n'umuvuduko wo gusikana, uko ubuso bwakoreshejwe mbere, n'umuti wuzuzwa muri elekiturode ngenderwaho; kandi ipima riherutse gukorwa kuri karubone imeze nk'ikirahure idafite igifuniko, ryatangajwe mu nyandiko igera kuri bose, rishyira impinga ya katode hafi ya 0.18 V munsi y'elekiturode ngenderwaho kuri pH 7.4 mu bihe byaryo bwite.

Uwo muryango usobanurwa neza nk'ushobora gusubira inyuma ku rugero runaka. Umuryango mwiza wa elekitironi ebyiri ushobora gusubira inyuma byuzuye wagira impinga zitandukanyijwe na hafi ya 30 mV. Imirongo y'ubururu bwa metilene ubusanzwe iba yagutse kurushaho kandi impande zayo ntizingane, kandi gufata ku buso bigatuma ibisobanuro birushaho kugorana. Ibyo bigoye gusobanura ni ikimenyetso cyo gusesengura, si urusaku rudafite icyo ruvuga. Umuriro w'amashanyarazi ku mpinga wiyongera mu kigero kingana n'umuvuduko wo gusikana werekana irangi ryafashe ku buso. Umuriro w'amashanyarazi ku mpinga wiyongera ukurikije umuzi wa kare w'umuvuduko wo gusikana werekana irangi rikwirakwira riva mu muti rigana kuri elekiturode. Imirongo myinshi iboneka mu igerageza nyaryo ivanga byombi; ni yo mpamvu umuti umwe ushobora gutanga impinga zifite uburebure butandukanye kuri elekiturode imaze kunozwa no ku yakoreshejwe.

Ogusijeni yashonze na yo itanga umuriro w'amashanyarazi wa redugisiyo muri urwo rwego rumwe rwa potansiyeli, bityo imirimo yo gupima ingano ubusanzwe ikorwa nyuma yo kuyikuramo cyangwa nyuma yo kuzirikana uruhare rwayo. Ubururu bwa metilene kandi bwanduza ubuso: irangi ryafashe ku buso ribuhindura muri buri cyiciro, bityo kwimuka kw'impinga mu isikana risubirwamo ni amakuru yerekeye elekiturode, si yerekeye ikinyabutabire gipimwa.

Kuva ku irangi ryashonze kugera kuri elekiturode yahinduwe

Igikoresho gipima gishingiye ku binyabuzima kandi gikoresha elekiturode yahinduwe n'ubururu bwa metilene gihera ku kintu cyoroshye cyagaragaye. Irangi rifata cyane kuri karubone, bityo kwibiza elekiturode mu muti w'irangi gusa biba bihagije kuyihindura. Gufata ku buso gusa ni na bwo buryo butajegajega kurusha ubundi, kuko irangi riva ku buso rigasubira mu muti. Ibindi byose muri iki gice bigamije gukemura uko kuva ku buso.

Igisubizo cyamenyekanye kandi gikoreshwa kurusha ibindi ni poly(methylene blue) yakozwe na polimerizasiyo iterwa n'amashanyarazi. Gushyira elekiturode mu byiciro bisubirwamo bya okisidasiyo mu muti w'irangi bishyiraho akagara gakora mu ihererekanya rya okisidasiyo-redugisiyo kandi kaguma aho kari neza cyane kurusha monomeri yafashe ku buso gusa. Amabwiriza asanzwe yo mu bwoko bwa Karyakin akoresha hafi ya 1 mM y'irangi mu muti wa borate utuma pH idahindagurika wa 0.02 M, hafi ya pH 9.1, urimo 0.1 M ya potassium chloride, hakorwa ibyiciro biva hafi ya 0.40 V mu ruhande rwa potansiyeli mbi kugeza kuri 1.20 V mu ruhande rwa potansiyeli nziza, mu byiciro bigera kuri 30, nk'uko byanditswe mu nyandiko y'impamyabumenyi ya Durham isobanura ubwo buryo. Uwo muti ufite imiterere ya baze ni ingenzi: akagara gakura binyuze mu miterere ya okisidasiyo iboneka kuri potansiyeli nziza, kandi urwego rwa potansiyeli rukoreshwa rugomba kugera aho iyo miterere ibonekera.

Ubundi buryo bwo kubaka elekiturode bukemura ibibazo bitandukanye. Elekiturode zikozwe mu muvange umeze nk'umutsima wa karubone n'izicapwa hakoreshejwe akayunguruzo zigabanya ubusobanuro bw'ipima kugira ngo zishobore kujugunywa nyuma yo gukoreshwa. Imivange irimo nanotubes cyangwa graphene yongera ubuso bukora kandi igatuma impinga zirushaho gusongoka. Elekiturode za zahabu zifite molekile z'igenzura zifashweho n'itsinda rya thiol zikoreshwa mu byuma bipima aside nukileyike bivugwa hepfo. Gufungirana irangi munsi y'utwugara twa Nafion bigabanya umuvuduko wo kuva ku buso, ariko bigatuma n'igisubizo gitinda. Ikibazo cyo kwibaza mu gukora igikoresho gihora ari kimwe: ni ubuhe buryo bwo kunanirwa urimo kugabanya, kandi ni iki wigomwe kugira ngo ubigereho?

Igitekerezo cy'umuhuza: guhererekanya, si ikinyabutabire gikoreshwa

Iyo ubururu bwa metilene bukoreshwa nk'umuhuza wa okisidasiyo-redugisiyo muri volutametri ikorwa mu byiciro bisubirwamo, irangi ryashonze rihererekanya elekitironi hagati y'ikinyabutabire gipimwa kidatanga elekitironi byoroshye na elekiturode. Irangi riri mu miterere ya okisidasiyo ryakira elekitironi zituruka muri rey akisiyo z'icyitegererezo, elekiturode igasubiza irangi ryari ryakoze redugisiyo mu miterere ya okisidasiyo, maze umuriro w'amashanyarazi upimwa ukerekana uko iyo nzira isubirwamo. Ubwinshi busanzwe bw'irangi rikwirakwira nta nkomyi buba mu mirongo ya micromolar, hafi ya 10 kugeza kuri 60, aho kuba igipimo kimwe gihamye.

Ubwoko butatu bwa rey akisiyo zikoresha uwo muhuza buragaruka kenshi. Irangi rihuza okisidasiyo ya NADH, harimo n'iyongerwa na rey akisiyo zifashisha enizime, kandi utwugara twa poly(methylene blue) twihutisha iyo rey akisiyo nyine ku buso binyuze mu butabire bw'amashanyarazi. Iyo rikoreshwa hamwe na oxidases, rishobora kuba ikinyabutabire cyakozwe cyakira elekitironi. Mu buryo bukoresha peroxidase, irangi riri mu miterere ya redugisiyo rihererekanya elekitironi ku binyabutabire by'agateganyo bigabanya peroxide, bigatuma hidurojeni peroxide imenyekana kuri potansiyeli nto zishyizweho, aho ibibangamira ipima biba bike. Ubushakashatsi bwa 2025 bwo muri Chemical Science ku okisidasiyo ya NADH ikoresha umuhuza busobanura ubwo buryo mu buryo burambuye. Iyo irangi ari ryinshi cyane, ikimenyetso cy'umuhuza kidaturuka ku kinyabutabire gipimwa hamwe na rey akisiyo za ogusijeni bishobora kurenza ikimenyetso cy'isesengura; bityo ubwinshi bw'umuhuza ni ikintu gihindurwa kugira ngo haboneke imikorere myiza, si ikinyabutabire kigomba gushyirwamo kirenze igikenewe.

Ibyuma bipima aside nukileyike: aho kwihuza bihinduka umuriro w'amashanyarazi

Ubururu bwa metilene bwihuza na DNA binyuze mu ruvange rwo kwinjira hagati y'ibice byayo, gukururana kw'imiriro y'amashanyarazi, no kwihuza kwihariye na guanine; bityo kuvuga gusa ko ari irangi ryinjira hagati y'ibice bya DNA ntibisobanura ubutabire bwaryo bwose. Imiterere y'ibyuma bipima ihindura uko kwihuza ikaguhindura umuriro w'amashanyarazi mu buryo bubiri butandukanye, kandi kubitiranya ni ryo kosa rikunze gukorwa cyane mu gusoma inyandiko z'ubwo bushakashatsi.

Mu miterere idafite ikimenyetso gifatanye na molekile y'igenzura, irangi riri mu muti ryihuza na DNA y'igenzura ifashe ku buso, maze guhuza imirongo ya DNA yuzuzanya bigahindura ikimenyetso. Uburyo bukunze gukoreshwa ni ubwo ikimenyetso kigabanuka: molekile y'igenzura ifite umurongo umwe wa DNA ikusanya irangi igatanga impinga nini, mu gihe guhuza imirongo kugira ngo haboneke DNA ifite imirongo ibiri bihindura aho irangi riri maze ikimenyetso kikagabanuka. Ubu buryo busanzwe bugera ku rugero rwo hasi rwo gutahura rupimwa muri nanomolar. Mu rugero rumwe, DNA yuzuzanya yashyizwe kuri nanotubes za karubone zifite urukuta rumwe ziri kuri zahabu, maze hatangazwa isano igendera ku murongo ugororotse kuva kuri 100 kugeza kuri 1000 nM, hamwe n'urugero rwo hasi rwo gutahura ruri hafi ya 7 nM, muri Electroanalysis.

Mu miterere ifite ikimenyetso gifatanye na molekile y'igenzura, irangi rifatishwa umurunga wa kovalansi ku mpera imwe y'iyo molekile, indi mpera igafatishwa kuri zahabu binyuze muri thiol, maze volutametri y'umuraba wa kare igakurikirana icyo kimenyetso gifatanye na yo. Ibyuma bya aptamer bipima hakoreshejwe ubutabire bw'amashanyarazi kandi bishingiye ku kwihinahina byagura icyo gitekerezo: kwihuza n'ikigamijwe gutuma aptamer ihindura imiterere, ikimenyetso kikimuka ugereranyije na elekiturode. Igikoresho gipima ochratoxin A cyakoresheje aptamer ifite thiol n'irangi nk'ibimenyetso bibiri kuri zahabu, maze gitangaza urwego rwa 0.1 kugeza kuri 1000 pg kuri mL, hamwe n'urugero rwo hasi rwo gutahura ruri hafi ya 0.095 pg kuri mL, mu nyandiko yasohotse muri Analytica Chimica Acta.

Iryo tandukaniro ni ingenzi mu gushaka igitera ibibazo. Mu buryo budafite ikimenyetso gifatanye na molekile y'igenzura, irangi ni kimwe mu bigize umuti, gifite ubwinshi bwacyo kandi gihinduka bitewe na pH. Mu buryo bufite ikimenyetso gifatanye na molekile y'igenzura, irangi ni igice cy'iyo molekile, kandi ihinduka ry'ikimenyetso ryerekana intera n'imigendere, si ingano y'irangi ryafashwe.

Ingero zikoresha enizime n'imivange y'ibikoresho

Utwugara twa poly(methylene blue) tunafasha gufatisha ibyuma bipima bikoresha enizime. Igikoresho kimwe gipima ammonium cyahuje elekiturode icapwa hakoreshejwe akayunguruzo n'uduce twa zahabu twa nano hamwe n'akagara k'irangi, hanyuma hejuru hashyirwaho ibinyabutabire bya glutamate dehydrogenase. Akagara gakora okisidasiyo ya NADH, mu gihe enizime iyikoresha mu kigero kijyanye n'ubwinshi bwa ammonium: 0 kugeza kuri 300 micromolar, hamwe n'urugero rwo hasi rwo gutahura ruri hafi ya 0.65 micromolar, nk'uko byatangajwe muri Biosensors. Ishusho rusange y'uru rwego isobanurwa mu nyandiko y'isuzuma yo mu 2025 ku ikoreshwa ry'irangi mu byuma bipima hakoreshejwe ubutabire bw'amashanyarazi, yasohotse muri Analytica Chimica Acta.

Ibihe bigomba guherekeza buri gisubizo

Inyandiko ijyanye n'iyi yerekeye uburyo bwo gupima ingano isobanura muri rusange uburyo bwitondewe bwo guhuza ibipimo n'ingero ngenderwaho. Ku bisubizo by'ubutabire bw'amashanyarazi by'umwihariko, ibi bikurikira bigomba kuba muri buri nyandiko ya laboratwari:

Ikimenyetso si ubuvuzi

Itandukaniro rya nyuma ni ryo uru rupapuro rugamije gushimangira. Kugabanuka kw'impinga y'umuraba wa kare igihe imirongo ya DNA ihujwe byemeza ko ikimenyetso cya okisidasiyo-redugisiyo cyimutse cyangwa ko kwihuza kw'irangi kwahindutse. Nta cyo byemeza ku byo ubururu bwa metilene bukora mu murwayi. Ubutabire bwo gupima n'ibikorwa mu binyabuzima bihuriye kuri molekile imwe gusa, nta kindi: ubwinshi buratandukanye, aho ikorera haratandukanye, kandi elekiturode zunganira zisimburwa n'utwugara tw'utunyangingo na enizime. Ibibazo byerekeye ubuvuzi bigume ku mpapuro zivuga ku bikorwa mu binyabuzima, kandi ibyo ibyuma bipima bivugwaho bigume bifitanye isano na elekiturode, umuti utuma pH idahindagurika, n'uburyo bwatanze ibyo bipimo. Ikimenyetso cya okisidasiyo-redugisiyo gitanga amakuru y'ipima. Ibimenyetso bisobanura igerageza ryo gupima, si umubiri.