Detección de peróxido de hidrógeno 4/5 - con azul de Prusia

Detección de peróxido de hidrógeno

La detección electroquímica del peróxido de hidrógeno es interesante para la construcción de biosensores que utilicen oxidasas. El principal problema con respecto a la detección es que la oxidación del peróxido de hidrógeno tiene lugar a potenciales superiores a 0,6 V frente a Ag/AgCl. A potenciales tan altos, muchas otras especies a menudo presentes en muestras reales también podrían interferir. Estas especies podrían ser el ascorbato (vitamina C), la bilirrubina y el urato.

Se desarrollaron ideas para excluir estas especies de los electrodos mediante una membrana. Esta membrana dificultaría todos los procesos de transporte desde y hacia el electrodo. Más tarde se desarrollaron mediadores para transportar los electrones de la enzima al electrodo y la detección de peróxido de hidrógeno quedó obsoleta para algunos electrodos basados en oxidasas.

Como ya se ha mencionado (véase el capítulo ¿Por qué detectar el peróxido de hidrógeno?), el peróxido de hidrógeno es producido por enzimas, pero es peligroso para las células. Las células utilizan peroxidasas para eliminar el peróxido de hidrógeno. La peroxidasa de rábano picante es popular para aplicaciones electroquímicas, debido a que es posible que el electrodo se comunique directamente con el centro activo de la enzima. Así, la peroxidasa puede utilizarse para la detección de peróxido de hidrógeno, pero los elevados costes de esta enzima, su baja estabilidad y la dificultad para unirla a los electrodos hicieron interesante buscar alternativas inorgánicas.

Uso del azul de Prusia

Las finas capas de azul de Prusia sobre electrodos son una alternativa muy adecuada. Las primeras investigaciones en 1990 mostraron sensores de buen rendimiento aplicando unos 40 mV frente a Ag/AgCl para la reducción. La comunidad científica se interesó mucho cuando las demostraciones mostraron que la actividad catalítica del Azul de Prusia para el peróxido de hidrógeno es 100 veces superior a la del oxígeno. Los procesos de optimización condujeron a sensores basados en Azul de Prusia capaces de funcionar bien a 0 V frente a Ag/AgCl, por lo que el Azul de Prusia se denomina "peroxidasa artificial". A estos bajos potenciales, muchas sustancias interferentes comunes no muestran reacciones electroquímicas.

El efecto catalizador y la selectividad del Azul de Prusia son consecuencia de su estructura cristalina. El cristal tiene pequeños canales que permiten la entrada del peróxido de hidrógeno. Rodeado por los iones de hierro se facilita la transferencia de electrones al peróxido de hidrógeno. Para la mayoría de las demás especies interferentes, los canales no son lo suficientemente grandes.

Limitaciones

Por desgracia, estos sensores están limitados a soluciones neutras o ácidas. El azul de Prusia no es estable en soluciones alcalinas. Los iones de hierro del azul de Prusia forman hidróxido de hierro que es soluble en agua. Esto es un problema cuando la oxidasa correspondiente tiene su valor óptimo de pH en la región alcalina. Los investigadores han desarrollado diferentes formas de crear una película de Azul de Prusia que muestre una mayor estabilidad en medios neutros o alcalinos. La mayoría de ellos se basan en la idea de que el hierro es fácilmente accesible para los iones hidróxido, por lo que un cambio en la estructura ya conducirá a una mayor estabilidad. Otras técnicas son nuevas formas de depositar o precipitar Azul de Prusia en presencia de otros iones.

Sitnikova et al. [1] han desarrollado una película estratificada de azul de Prusia (hexacianoferrato de hierro) y hexacianoferrato de níquel. Esta película es estable durante horas sin pérdida de sensibilidad y también es estable tanto en soluciones neutras como alcalinas. La presencia de otros ligandos de hierro tampoco supone una amenaza para esta capa.

Literatura

[1] N. Sitnikova, A. Borisova, M. Komkova, A. Karyakin, Anal Chem 83 (2011), p. 2359-2363.