Zeolitic Imidazolate Framework-Based Electrochemical Biosensor for in Vivo Electrochemical Measurements

化学 电化学 咪唑酯 体内 生物传感器 沸石咪唑盐骨架 纳米技术 组合化学 无机化学 电极 金属有机骨架 生物化学 有机化学 物理化学 吸附 生物技术 生物 材料科学
作者
Wenjie Ma,Qin Jiang,Ping Yu,Lei Yang,Lanqun Mao
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:85 (15): 7550-7557 被引量:250
标识
DOI:10.1021/ac401576u
摘要

This study demonstrates the first exploitation of zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) as the matrix for constructing integrated dehydrogenase-based electrochemical biosensors for in vivo measurement of neurochemicals, such as glucose. In this study, we find that ZIFs are able to serve as a matrix for coimmobilizing electrocatalysts (i.e., methylene green, MG) and dehydrogenases (i.e., glucose dehydrogenase, GDH) onto the electrode surface and an integrated electrochemical biosensor is readily formed. We synthesize a series of ZIFs, including ZIF-7, ZIF-8, ZIF-67, ZIF-68, and ZIF-70 with different pore sizes, surface areas, and functional groups. The adsorption capabilities toward MG and GDH of these ZIFs are systematically studied with UV-vis spectroscopy, confocal laser scanning microscopy, and Fourier transfer-infrared spectroscopy. Among all the ZIFs demonstrated here, ZIF-70 shows excellent adsorption capacities toward both MG and GDH and is thus employed as the matrix for our glucose biosensor. To construct the biosensor, we first drop-coat a MG/ZIF-70 composite onto a glassy carbon electrode and then coat GDH onto the MG/ZIF-70 composite. In a continuous-flow system, the as-prepared ZIF-based biosensor is very sensitive to glucose with a linear range of 0.1-2 mM. Moreover, the ZIF-based biosensor is more highly selective on glucose than on other endogenous electroactive species in the cerebral system. In the end, we demonstrate that our biosensor is capable of monitoring dialysate glucose collected from the brain of guinea pigs selectively and in a near real-time pattern.
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