Аннотация

Создание высокочувствительных и селективных сенсорных систем для определения биологически активных веществ является одним из важнейших направлений развития современной аналитической химии. В работе представлены результаты исследования электрохимических свойств новых волоконных материалов на основе сеток из однослойных углеродных нанотрубок, предназначенных для изготовления сенсоров для определения содержания аскорбиновой кислоты методом вольтамперометрии.
Разработана технология синтеза сеток из разупорядоченных однослойных углеродных нанотрубок методом химического осаждения из газовой фазы и изготовления волокон методом мокрого вытягивания сеток однослойных углеродных нанотрубок из растворителя. Оптимизирована методика подготовки сеток и волокон, сочетающая отжиг на воздухе и обработку сильными неорганическими кислотами. Экспериментально выбраны условия регистрации вольтамперных кривых (фоновый электролит, скорость развертки, условия предварительного кондиционирования) для получения максимального отклика сенсора на содержание аскорбиновой кислоты. Ток и площадь пика окисления аскорбиновой кислоты не зависят от времени и потенциала кондиционирования сенсора. Линейные зависимости этих параметров от концентрации аскорбиновой кислоты в фосфатном буферном электролите наблюдаются в диапазоне 50–500 μмоль/л (8,8–90 мг/л) при скорости сканирования 0,1 мВ/с. Чувствительность миниатюрного волоконного сенсора из сеток однослойных углеродных нанотрубок длиной 0,5 см и средней шириной 400 мкм в два раза выше чувствительности
дискового стеклоуглеродного электрода диаметром 5 мм.
Достигнутые показатели позволяют использовать сенсоры для определения аскорбиновой кислоты в пищевых продуктах, фармацевтических препаратах и биологических жидкостях

Ключевые слова

Углеродные нанотрубки, сенсоры, вольтамперометрия, аскорбиновая кислота

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Работа поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (Минобрнауки России) (проект № FZSR-2020-0007 в рамках государственного задания № 0 75-03-2020-097/1).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Baig N, Sajid M, Saleh TA. Recent trends in nanomaterial-modified electrodes for electroanalytical applications. Trends in Analytical Chemistry. 2019;111:47–61. https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.11.044
2. Gupta P, Rahm CE, Griesmer B, Alvarez NT. Carbon nanotube microelectrode set: Detection of biomolecules to heavy metals. Analytical Chemistry. 2021;93(20):7439–7448. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c00360
3. Tu Y, Lin Y, Ren ZF. Nanoelectrode arrays based on low site density aligned carbon nanotubes. Nano Letters. 2003;3(1):107–109. https://doi.org/10.1021/nl025879q
4. Duzmen S, Baytak AK, Aslanoglu M. A novel voltammetric platform composed of poly(aminopyrazine), ZrO2 and CNTs for a rapid, sensitive and selective determination of ascorbic acid in pharmaceuticals and food samples. Materials Chemistry and Physics. 2020;252. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123170
5. Pan PAN,Shou-GuoWU. Direct determination of ascorbic acid in fruits and vegetables by positive scan polarization reverse catalytic voltammetry. Chinese Journal of Analytical Chemistry. 2019;47(8):e19088–e19094. https://doi.org/10.1016/S1872-2040(19)61175-8
6. MuqaddasS, Aslam H, Hassan SU, Ashraf AR, AsgharMA, Ahmad M, et al.Electrochemical sensing of glucose and ascorbic acid via POM-based CNTs fiber electrode. Materials Science and Engineering: B. 2023;293. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2023.116446
7. Nugent JM, SanthanamKSV, Rubio A, Ajayan PM. Fast electron transfer kinetics on multiwalled carbon nanotube microbundle electrodes. Nano Letters. 2001;1(2):87–91. https://doi.org/10.1021/nl005521z
8. Gong K,Chakrabarti S, Dai L. Electrochemistry at carbon nanotube electrodes: Is the nanotube tip more active than the sidewall? Angewandte Chemie International Edition. 2008;47(29):5446–5450. https://doi.org/10.1002/anie.200801744
9. Harreither W, Trouillon R, Poulin P, Neri W, Ewing AG, Safina G.Carbon nanotube fiber microelectrodes show a higher resistance to dopamine fouling. Analytical Chemistry. 2013;85(15):7447–7453. https://doi.org/10.1021/ac401399s
10. Yang C, Trikantzopoulos E, Jacobs CB, Venton BJ. Evaluation of carbon nanotube fiber microelectrodes for neurotransmitter detection: Correlation of electrochemical performance and surface properties. Analytica Chimica Acta. 2017;965;1–8. https://doi.org/10.1016/j.aca.2017.01.039
11. Shandakov SD,Kosobutsky AV, Vershinina AI, Sevostyanov OG, Chirkova IM, Russakov DM, et al. Electromechanical properties of fibers produced from randomly oriented SWCNT films by wet pulling technique. Materials Science and Engineering: B. 2021;269. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2021.115178
12. Zhilyaeva MA,Shulga EV, Shandakov SD, Sergeichev IV, Gilshteyn EP, Anisimov AS, et al. A novel straightforward wet pulling technique to fabricate carbon nanotube fibers. Carbon. 2019;150:69–75. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.04.111
13. Moisala A, Nasibulin AG, Shandakov SD, Jiang H, Kauppinen EI. On-line detection of single-walled carbon nanotube formation during aerosol synthesis methods. Carbon. 2005;43(10):2066–2074. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2005.03.012
14. Zhang W, Chen J, Li Y, Yang W, Zhang Y, Zhang Y. Novel UIO-66-NO2@XC-72 nanohybrid as an electrode material for simultaneous detection of ascorbic acid, dopamine and uric acid. RSC Advances. 2017;7(10):5628–5635. https://doi.org/10.1039/C6RA26933H
15. Ma C, Xu P, Chen H, Cui J, Guo M, Zhao J. An electrochemical sensor based on reduced graphene oxide/β-cyclodextrin/multiwall carbon nanotubes/polyoxometalatetetracomponent hybrid: Simultaneous determination of ascorbic acid, dopamine and uric acid. Microchemical Journal. 2022;180. https://doi.org/10.1016/j.microc.2022.107533
16. Filik H, Avan AA, Aydar S. Simultaneous detection of ascorbic acid, dopamine, uric acid and tryptophan with Azure A-interlinked multi-walled carbon nanotube/gold nanoparticles composite modified electrode. Arabian Journal of Chemistry. 2016;9(3):471–480. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2015.01.014
17. Peng X, Xie Y, Du Y, Song Y, Chen S. Simultaneous detection of ascorbic acid, dopamine and uric acid based on vertical N-doped carbon nanosheets/three-dimensional porous carbon. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2022;904. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2021.115850
18. Hsine Z, Bizid S, Mlika R, Sauriat-Dorizon H, Haj Said A, Korri-Youssoufi H. Nanocomposite based on poly (para-phenylene)/chemical reduced graphene oxide as a platform for simultaneous detection of ascorbic acid, dopamine and uric acid. Sensors. 2020;20(5). https://doi.org/10.3390/s20051256
19. Li H, Wang Y, Ye D, Luo J, Su B, Zhang S, et al. An electrochemical sensor for simultaneous determination of ascorbic acid, dopamine, uric acid and tryptophan based on MWNTs bridged mesocellular graphene foam nanocomposite. Talanta. 2014;127:255–261. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2014.03.034
20. Aryal KP, Jeong HK. Carbon nanofiber modified with reduced graphite oxide for detection of ascorbic acid, dopamine, and uric acid. Chemical Physics Letters. 2020;739. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2019.136969
21. Wang Y, Yang T, Hasebe Y, Zhang Z, Tao D. Carbon black-carbon nanotube co-doped polyimide sensors for simultaneous determination of ascorbic acid, uric acid, and dopamine. Materials. 2018;11(9). https://doi.org/10.3390/ma11091691
22. Fernandes DM, Costa M, Pereira C, Bachiller-Baeza B, Rodríguez-Ramos I, Guerrero-Ruiz A, et al. Novel electrochemical sensor based on N-doped carbon nanotubes and Fe3O4 nanoparticles: Simultaneous voltammetric determination of ascorbic acid, dopamine and uric acid. Journal of Colloid and Interface Science. 2014;432:207–213. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2014.06.050
23. Iranmanesh T, Foroughi MM, Jahani S, Zandi MS, Nadiki HH. Green and facile microwave solvent-free synthesis of CeO2 nanoparticle-decorated CNTs as a quadruplet electrochemical platform for ultrasensitive and simultaneous detection of ascorbic acid, dopamine, uric acid and acetaminophen. Talanta. 2020;207. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.120318
24. Singh A, Sharma A, Arya S.Electrochemical sensing of ascorbic acid (AA) from human sweat using Ni–SnO2 modified wearable electrode. Inorganic Chemistry Communications. 2023;152. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2023.110718
25. Compton RG, Banks CE. Understanding voltammetry. World Scientific, 2007. 371 p.