ENZYME ELECTRODES PREPARED BY ELECTROCHEMICAL POLYMERIZATION OF EDOT AND HYDROXYMETHYL EDOT

Abstract

ABSTRACT

Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly((2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methanol) (hydoxymethyl-PEDOT, MeOH-PEDOT) were used as new electrode materials and enzyme electrodes were prepared by immobilizing polyphenol oxidase enzyme in this two matrices. 3,4-Ethylenedioxythiophene (EDOT) and ((2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methanol) (MeOH-EDOT) monomers were polymerized electrochemically and coated to platinum electrodes and polyphenol oxidase enzyme was immobilized by codeposition of enzyme together with polymer. Kinetic characterization and optimization of enzyme electrodes were made and the study was completed with real sample analysis. Kinetic parameters, Vmax (maximum reaction rate) and Km (enzyme affinity of substrate) were respectively obtained as 0.00236 µmol min1- electrode1- and 17.722 mM for PEDOT, 0.00458 µmol min1- electrode1- and 4.962 mM for MeOH-PEDOT. The effect of reaction conditions was examined and the highest enzyme activity was obtained at pH 7.0 and 8.0 and at 60 ℃ and 50 ℃ temperature. Linear operation interval determined in optimum conditions is between 1.0 and 110.0 mg mL1- and LOD values were found as 1.241 mg mL1- and 1.038 mg mL1- for PEDOT and MeOH-PEDOT respectively. The stability of enzyme electrodes was investigated with consecutive activity measurements. After 40 measurements, it was seen that the remaining relative enzyme activity was around 60% and 75% for Pt/PEDOT/PPO and Pt/MeOH-PEDOT/PPO electrodes, respectively. Meanwhile, in the shelf-life study, it was determined that activity fell to 70% after 50 days. Enzyme electrodes were applied to analysis of polyphenolic substances in peach extracts. Total polyphenolic substance amounts in sample were found as 69.43 ± 2.41 mg mL1- and 92.62 ± 3.43 mg mL1- catechol equivalent by PEDOT and MeOH-PEDOT electrodes. For verification, Folin-Ciocalteau analysis was used as control method and result of 84.45 ± 5.21 mg mL1- catechol equivalent was obtained.

ÖZET

Bu çalışmada yeni elektrot malzemesi olarak poli(3,4-etilendioksitiyofen) (PEDOT) ve poli((2,3-dihidrotiyeno[3,4-b][1,4]diyoksin-2-il)metanol) (hidroksimetil-PEDOT, MeOH-PEDOT) polimerleri kullanılmış ve bu iki matrise polifenol oksidaz enzimi tutuklanarak enzim elektrotları hazırlanmıştır. 3,4-Etilendioksitiyofen ve (2,3-dihidrotiyeno[3,4-b][1,4]diyoksin-2-il)metanol monomerleri elektrokimyasal yolla polimerleştirilerek platin elektrotlara kaplanmış ve polifenol oksidaz enzimi polimerle kodepozisyon yoluyla tutuklanmıştır. Oluşturulan enzim elektrotlarının kinetik karakterizasyonu ve optimizasyonları yapılmış ve numune analizi ile çalışma sonuçlandırılmıştır. Kinetik parametreler, Vmax (maksimum reaksiyon hızı) ve Km (substratın enzim ilgisi) PEDOT’da tutuklanmış enzim için 0.00236 µmol dak-1 elektrot-1 ve 17.722 mM olarak, MeOH-PEDOT’da tutuklanmış enzim için 0.00458 µmol dak-1 elektrot-1 ve 4.962 mM olarak tayin edilmiştir. Reaksiyon koşullarının etkisi incelenmiş ve en yüksek enzim aktivitesi PEDOT için pH 7.0 ve 60 ℃’ta, MeOH-PEDOT için pH 8.0’de ve 50 ℃ sıcaklıkta elde edilmiştir. Optimum koşullarda tespit edilen doğrusal çalışma aralığı 1.0 – 110.0 mg mL1- arasındadır. LOD değeri ise 1.241 mg mL-1 ve 1.038 mg mL-1 olarak bulunmuştur. Ardışık aktivite ölçümleri ve raf ömrü çalışmasıyla enzim elektrotlarının stabilitesi incelenmiştir. 40 ardışık ölçümden sonra enzim elektrodunun aktivitesinin PEDOT için %60 MeOH-PEDOT içinse %75 değerinde olduğu gözlenmiştir. Raf ömrü çalışmasında ise 50 günün sonunda aktivitenin %70’e düştüğü saptanmıştır. Enzim elektrotlarının uygulaması şeftali ekstraktında polifenolik maddelerin analizi şeklinde tasarlanmıştır. Toplam polifenolik madde miktarı PEDOT enzim elektrotlarıyla 69.43 ± 2.41 mg mL1- olarak MeOH-PEDOT enzim elektrotlarıyla ise 92.62 ± 3.43 mg mL1- katekol eşdeğeri olarak saptanmıştır. Doğrulama amacıyla kontrol yöntemi olarak Folin-Ciocalteau analiz metodu kullanılmış ve şeftali ekstraktındaki polifenol miktarı 84.45 ± 5.21 mg mL1- katekol eşdeğeri olarak bulunmuştur.