過酸化水素の検出 4/5 - プルシアンブルーで

過酸化水素の検出

過酸化水素の電気化学的検出は、オキシダーゼを用いたバイオセンサーの構築に興味深いものです。検出に関する主な問題は、過酸化水素の酸化が0.6 V以上の電位対Ag/AgClで起こることである。これほど高い電位では、実際のサンプルにしばしば存在する他の多くの化学種も妨害する可能性がある。アスコルビン酸（ビタミンC）、ビリルビン、尿酸塩などである。

過酸化水素を膜によって電極から排除するアイデアが開発された。この膜は、電極から、あるいは電極に向かうすべての輸送プロセスをより困難にする。その後、酵素から電極へ電子を輸送するメディエーターが開発され、過酸化水素の検出は、いくつかのオキシダーゼベースの電極では廃止された。

前述したように（「なぜ過酸化水素を検出するのか」の章を参照）、過酸化水素は酵素によって生成されますが、細胞にとっては有害です。細胞は過酸化水素を除去するためにペルオキシダーゼを使用する。西洋ワサビペルオキシダーゼは、電極が酵素の活性中心と直接通信できることから、電気化学的応用に人気がある。そのため、ペルオキシダーゼは過酸化水素検出に使用できるが、この酵素はコストが高く、安定性が低く、電極に結合させるのが難しいため、無機物の代替品を探すのが興味深かった。

プルシアンブルーの使用

電極上の薄いプルシアンブルー層は、非常に適した選択肢です。1990年の最初の研究では、還元に約40mV対Ag/AgClを印加することで、よく機能するセンサーが示された。過酸化水素に対するプルシアンブルーの触媒活性が、酸素に対する触媒活性の100倍も高いことが実証されると、科学界は大きな関心を示した。プルシアンブルーは「人工ペルオキシダーゼ」と呼ばれている。このような低電位では、多くの一般的な妨害物質は電気化学反応を示さない。

プルシアンブルーの触媒効果と選択性は、プルシアンブルーの結晶構造の結果です。結晶には過酸化水素が入り込む小さな溝がある。鉄イオンに囲まれると、過酸化水素への電子移動が容易になる。他の干渉種のほとんどは、チャネルが十分に大きくない。

制限事項

残念ながら、これらのセンサーは中性または酸性の溶液に限られています。プルシアンブルーはアルカリ溶液では安定ではない。プルシアンブルーの鉄イオンは、水に溶ける水酸化鉄を形成します。これは、対応するオキシダーゼの最適pH値がアルカリ性領域にある場合に問題となる。研究者たちは、中性またはアルカリ性媒体でより高い安定性を示すプルシアンブルー膜を作るさまざまな方法を開発してきた。そのほとんどは、鉄は水酸化物イオンに容易にアクセスできるため、構造を変えることですでに高い安定性が得られるという考えに基づいている。異なる技術は、他のイオンの存在下でプルシアンブルーを蒸着または沈殿させる新しい方法である。

Sitnikovaら[1]は、プルシアンブルー（ヘキサシアノ鉄酸塩）とヘキサシアノ鉄酸ニッケルの層状フィルムを開発しました。この膜は、感度を損なうことなく数時間安定であり、アルカリ溶液だけでなく中性溶液でも安定である。他の鉄配位子の存在も、この層に脅威を与えない。

文献

[1] N. Sitnikova, A. Borisova, M. Komkova, A. Karyakin,Anal Chem83 (2011), p. 2359-2363.