OBINEREA ELECTROZILOR MODIFICAI CU APLICAII N

BIOSENZORI

Scopul lucrrii

Depunerea unor straturi compacte polimerice pe baza de polipirol (PPy) pe suport inert n

scopul modificrii suprafeei electrodului i obinerea electrozilor modificai cu aplicatii n

biosenzori.

Introducere

Electrozi modificai

Electrodul modificat este un electrod realizat dintr-un material conductor sau semiconductor

acoperit cu un film monomolecular, multimolecular, ionic sau polimeric cu rol de modificator

chimic, care modific proprieti chimice, electrochimice i optice ale electrodului

convenional, nemodificat.

Avantajele electrozilor modificai fa de electrozii convenionali:

poate electro-cataliza anumite reacii redox n care analitul reacioneaz lent pe

suprafaa electrodul nemodificat;

permite legarea selectiv unui analit de interes pe suprafaa stratului modificat;

permite ncorporarea de biomolecule (enzime, anticorpi) pentru biodetecie;

poate fi permeoselectiv i poate avea efecte de tip barier pentru specii electroactive

interferente i / sau specii active pe suprafa;

permite detecia electrochimic a unor analii ionici ne-electroactivi; rspuns

poteniometric selectiv.

Electrodul modificat este format din dou pri componenete distincte: suprafaa

electrodului suport i un strat de modificator chimic care acoper electrodul.

Cuplarea celor dou componenete, adic imobilizarea modificatorului pe suprafaa

electrodului vizeaz introducerea de centri catalitici pe suprafaa unui material conductor sau

semiconductor (electrodul convenional).

Exist diverse variante n ceea ce privete dezvoltarea unui electrod modificat precum

i diverse metode de ataare a modificatorului. Astfel, cuplarea celor dou componente

distincte ale unui electrod modificat, anume fixarea speciei modificatoare pe suprafaa

electrodului, se bazeaz pe urmtoarele procedee de imobilizare.

(a) modificarea suprafeei prin legare covalent;

(b) modificare suprafeei prin adsorbie;

(c) modificarea suprafeei cu filme polimerice;

Aplicaiile electrozilor modificai sunt deosebit de numeroase, acesta fiind unul dintre

motivele pentru care electrozii modificai au cptat o atenie deosebit din punct de vedere

electrochimic. Aplicaii ale electrozilor modificai se gsesc n domenii cum ar fi

electrosinteza, electroanaliza (senzori/bio-senzori) i electrocataliza / fotoelectrocataliza,

modificarea cu suprafee biocompatibile.

Fig. 1 Modificarea electrozilor cu aplicaii n biosenzori

Polimeri conductori

Polimerii conductori sunt cea mai recent generaie de polimeri, care ofer o

combinaie unic de proprieti care nu se ntlnesc la nici un alt material cunoscut, i anume

proprietile electrice i optice ale semiconductorilor anorganici i proprietile mecanice i

variabilitatea chimic a materialelor sintetice organice. Polimerii conductori au dobndit un

interes considerabil ca matrici potrivite pentru biomolecule, utilizate n scopul creterii

stabilitii, vitezei de rspuns i sensibilitii, ceea ce a avut ca rezultat utilizarea lor n tot mai

multe aplicaii biotehnologice i biomedicale.

Sinteza electrochimic este cea mai frecvent utilizat metod de obinere a polimerilor

conductori, avnd ca avantaj simplitatea i posibilitatea de obinere a filmelor polimerice n

diferite forme i arhitecturi. Procedeul de depunere electrochimic permite obinerea unor

straturi de grosime controlat i cu diferite grade de dopare. n comparaie cu alte metode de

sintez, prin metoda electrochimic se obin straturi de polipirol cu cele mai mari valori ale

conductivitatii electrice.

Metoda electrochimic este o metod rapid, nepoluant (se poate folosi apa ca

solvent), foarte accesibil (nu necesit catalizatori) pentru obinerea polimerilor conductori.

Dintre cele mai cunoscute aplicaii se pot aminti aplicaiile polimerilor conductori n

domeniul senzorilor i biosenzorilor enzimatici i imunosenzorilor. Pe lng aceste aplicaii

clasice, polimerii conductori mai pot fi utilizai i n domenii ca, tranzistori, dispozitive de

stocare a datelor, supercapacitori, celule fotovoltaice, dispozitive electrochimice, materiale

conductoare transparente, protecia suprafetelor precum i nlocuitori pentru materialele

carbonice.

Modificarea electrozilor cu polipirol

Polimerizarea electrochimic a pirolului decurge dup urmtoarea schem.

Polimerizarea pirolului duce la obinerea unui sistem conjugat de electroni ce permite

deplasarea liber a a acestora determinnd caracterul de polimer conductor al acestuia.

Fig. 2 Polimerizarea electrochimic a pirolului

Metode de lucru utilizate pentru polimerizarea electrochimic:

Metoda polarizrii poteniostatice pentru trasarea curbelor de polarizare i = f(timp) (i =

densitate de curent).

Metoda galvanostatic pentru trasarea curbelor de polarizare E=f(timp) (E = potenial).

Metoda polarizrii poteniodinamice utilizat la trasarea voltamogramelor ciclice

(presupune variaia ciclic a potentialului i nregistratrarea curentului corespunztor).

Polimerizare pirol

Mod de lucru

Se urmresc urmtoarele etape:

A. Pregtirea electrozilor din platina

1. Se cur suprafaa electrodului de platina cu pulbere de alumina, se spal apoi n jet de

ap;

2. Se imerseaz n apa distilata si se introduce in baia de ultrasunete timp de 5 minute.

B. Polimerizarea potentiostatica a pirolului (Py)

3. Se lucreaz cu poteniostat/galvanostatul Autolab i se utilizeaz o celul electrochimic

dotat cu trei electrozi: un electrod de lucru (WE) reprezentat de electrodul de platina; un

electrod de referin (RE) reprezentat de electrodul de Ag/AgCl; i un contraelectrod

(CE) reprezentat de electrodul bara de platin.

4. Se monteaz cei trei electrozi n suport i se introduc n celula de electroliz care conine

soluie apoas de monomer - pirol (Py) 0,1M i acid oxalic 0,2 M (soluie pregtit n

prealabil).

5. Cu ajutorul programului Nova 8 se impun urmtorii parametrii:

- se alege metoda poteniostatic de depunere a polipirolului;

- se impune un potenial de 0,9 V fata de electrodul de referin i se menine timp de

500 sec;

- se realizeaz o curba cronoamperometric I=f(timp)

C. Polimerizarea potentiodinamica a pirolului (Py)

1. Se lucreaz cu poteniostat/galvanostatul Autolab i se utilizeaz o celul

electrochimic dotat cu trei electrozi: un electrod de lucru (WE) reprezentat de

electrodul de platina; un electrod de referin (RE) reprezentat de electrodul de

Ag/AgCl; i un contraelectrod (CE) reprezentat de electrodul bara de platin.

2. Se monteaz cei trei electrozi n suport i se introduc n celula de electroliz care

conine soluie apoas de monomer - pirol (Py) 0,1M i acid oxalic 0,2 M (soluie

pregtit n prealabil).

3. Cu ajutorul programului Nova 8 se impun urmtorii parametrii:

- se alege metoda potentiodinamica de depunere a polipirolului;

- se impune un interval de potential intre -0.5V si 0.9 V fata de electrodul de referin

pentru 10 cicluri cu o viteza de scanare de 50 mV/s;

- se obtin curbe succesive de voltametrie ciclica (voltamograme) I=f(E);

D. Polimerizarea galvanostatica a pirolului (Py)

4. Se lucreaz cu poteniostat/galvanostatul Autolab i se utilizeaz o celul

electrochimic dotat cu trei electrozi: un electrod de lucru (WE) reprezentat de

electrodul de platina; un electrod de referin (RE) reprezentat de electrodul de

Ag/AgCl; i un contraelectrod (CE) reprezentat de electrodul bara de platin.

5. Se monteaz cei trei electrozi n suport i se introduc n celula de electroliz care

conine soluie apoas de monomer - pirol (Py) 0,1M i acid oxalic 0,2 M (soluie

pregtit n prealabil).

6. Cu ajutorul programului Nova 8 se impun urmtorii parametrii:

- se alege metoda galvanostatica de depunere a polipirolului;

- se impune un curent indicat de catre cadrul didactic;

- se realizeaz o curba cronopotentiometrica E=f(timp);

Interpretare rezultate:

Se compar si se discuta cele trei curbe de depunere.