Scienziati della Facoltà di Chimica dell'Università Statale Lomonosov di Mosca hanno sviluppato un sensore elettrochimico a base di polimeri con imprinting molecolare finalizzato al rilevamento di saccaridi e idrossiacidi. Il sensore privo di enzimi consente la misurazione della concentrazione di glucosio e acido lattico. Hanno presentato i risultati in Sensori e attuatori B:Chimico .

Vita Nikitina, ricercatore junior presso la Facoltà di Chimica dell'Università statale di Mosca Lomonosov e uno degli autori del progetto, condivide:"La maggior parte dei sensori sono elettrochimici. Ciò significa che la concentrazione di glucosio viene misurata in termini di densità di corrente, registrato con l'aiuto di un biosensore ad elettrodo enzimatico utilizzando una striscia reattiva. Però, l'uso di enzimi per il rilevamento chimico di sostanze di interesse in tali dispositivi ha i suoi svantaggi, principalmente connesso con la bassa stabilità degli enzimi e la necessità di fornire condizioni di conservazione e operative speciali e la disponibilità dei biosensori."

Nel loro progetto, i chimici della Lomonosov Moscow State University hanno cercato dispositivi alternativi privi di enzimi. Il sensore che hanno sviluppato è un elettrodo modificato da un sottile strato di polimero. Tali sensori non sono solo facili da produrre, ma anche più stabile nel funzionamento e nello stoccaggio. Inoltre, i reagenti per la loro produzione sono enormemente più economici degli enzimi.

Nikitina dice, "Nella struttura del polimero che abbiamo sintetizzato sulla superficie dell'elettrodo, ci sono gruppi funzionali, vale a dire acidi boronico, in grado di rilevare comuni composti a basso peso molecolare come saccaridi (glucosio e fruttosio) e idrossiacidi (acido lattico e tartarico). Nel progetto, abbiamo mostrato come i nostri sensori potrebbero essere usati per rilevare queste sostanze. Un segnale generato dal sensore viene registrato con mezzi elettrochimici simili agli elettrodi enzimatici. Però, a differenza dei glucometri amperometrici, il nostro dispositivo si basa su un altro principio, vale a dire, il cambiamento di conduttività del polimero."

Generare un rivestimento polimerico elettricamente conduttivo sulla superficie degli elettrodi risulta essere un compito non banale. L'elaborazione e l'ottimizzazione completa delle condizioni e dei parametri dell'elettropolimerizzazione sono stati fondamentali per il progetto. I polimeri sono stati sintetizzati sotto l'azione corrente, che scorre attraverso l'elettrodo di lavoro, posto in una cella elettrochimica con soluzione di monomero. Come risultato di questo processo elettrochimico, il polimero insolubile in acqua si deposita sulla superficie dell'elettrodo.

I chimici hanno sintetizzato un polimero con l'aiuto di un metodo di imprinting molecolare. Implica la formazione di regioni speciali (impronte) nel materiale, e queste regioni riconoscono solo quelle molecole che sono state usate come modelli durante la sintesi del polimero. Tali materiali, in possesso di memoria molecolare, potrebbe essere applicato come strato sensibile di sensori chimici per il rilevamento di determinate sostanze. La polimerizzazione elettrochimica dell'anilina sostituita è stata condotta in presenza di molecole stampo, vale a dire, idrossiacidi e saccaridi. Dopo la polimerizzazione, queste molecole sono state rimosse dalla matrice polimerica. Però, nella sua struttura tridimensionale, alcuni spazi (le cosiddette impronte molecolari) sono stati lasciati. Queste impronte in termini di forma, la dimensione e l'orientamento dei gruppi funzionali sono complementari a queste molecole modello. Questo effetto, la "memoria molecolare" di un polimero, fornisce al materiale la capacità di rilevare i composti che sono stati utilizzati come modelli.

Per testare il sensore, i ricercatori lo hanno messo in una cella elettrochimica, dove si trova il campione analizzato. Se nel campione analizzato sono presenti saccaridi o idrossiacidi, che i gruppi di acido boronico del polimero si legano con loro, con conseguente crescita della conduttività del polimero, che è stato registrato con l'aiuto di una tecnica di spettroscopia di impedenza elettrochimica.

Vita Nikitina dice, "Abbiamo dimostrato che è possibile creare sistemi multisensoriali sulla base di sensori elaborati con diversa selettività. Questi sistemi consentono il monitoraggio della concentrazione di varie sostanze nei processi biochimici. Tali sensori potrebbero essere utilizzati per il rilevamento di sostanze ad alto peso molecolare e persino cellule intere, aventi frammenti strutturali di saccaridi o idrossiacidi."