Estudio y caracterización de biosensores amperométricos enzimático para determinar ácido ascórbico

Abstract

An ascorbic acid biosensors based on ascorbate oxidase enzyme immobilized on nanostructures were developed by immobilizing the enzyme on TiO2 nanostructures doped with Ni (2%, 5% and 10%w), Ag (2%, 5% and 10%w) and NiAg (10%w each) obtained using the sol-gel method. The nanostructures were morphologically and structurally characterized by scanning electron microscopy (SEM), diffuse reflectance (DRS), and diferent spectroscopy techniques (RAMAN, DRX, FTIR) and crystal size. A photocatalytic study was performed to check the decrease of the band gap of the material when doped with Ni as suggested by the Kubelka Munk result. The cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy tests were also performed to know the behavior of the nanostructures and biosensors, as well as lifetime tests, determination of sensitivity and their performance using a commercial sample of vitamin C. From the tests performed, it was obtained that the best biosensor was the TiO2-Ni10%, due to having the longest life and having a good response to ascorbic acid even after 2 months of useful life as was observed in the test with the commercial sample in which it had a concentration of 0.04M and the biosensor determined a concentration of 0.0395M.

En este trabajo se desarrollaron biosensores de ácido ascórbico basado en enzima ascorbato oxidasa inmovilizada en nanoestructuras de TiO2 dopado con Ni (2%, 5% y 10% en peso), Ag (2%, 5% y 10% en peso) y NiAg (10% en peso cada uno) obtenida mediante el método sol-gel. Las nanoestructuras se caracterizaron morfológicamente y estructuralmente mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), reflectancia difusa (DRS) y diversas técnicas de espectroscopía (RAMAN, DRX, FTIR), así mismo se determinó tamaño de cristal. Se realizó un estudio fotocatalítico para comprobar la reducción en el band gap del material al ser dopado con Ni como lo sugiere el resultado de Kubelka Munk. Además, se llevaron a cabo pruebas electroquímicas de espectroscopia de impedancia (EIS) y de voltimetría cíclica para conocer la respuesta electroquímica de las nanoestructuras y de los biosensores, así como pruebas de vida útil, determinación de sensibilidad y su desempeño usando una muestra comercial de vitamina C. De las pruebas realizadas se obtuvo que el mejor biosensor fue el de TiO2-Ni10%, debido a tener la vida más larga y tener buena respuesta al ácido ascórbico incluso después de 2 meses de vida útil como se observó en la prueba con la muestra comercial en la cual tenía una concentración de 0.04M y el biosensor determinó una concentración de 0.0395M.