Na pograniczu chemii i elektroniki - elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna w analizie biomakromolekularnej

Tomasz Swebocki , Karolina Dziąbowska , Daniel Firganek , Tadeusz Ossowski , Anna Wcisło

Abstract

Over the recent years, there has been a growing interest in development of new methods of detection and analysis of biomacromolecules. Currently used techniques, including chromatography, spectroscopy, or methods based on the migration of molecules in the electric field, are readily used in many areas of chemistry and are crucial to modern chemical analytics. The universality of these methods is primarily due to their versatility and high precision. One of the main goals of the many scientific groups focused on supramolecular analysis is not only the development of new methods for the analysis of biomacromolecules, but also the design and construction of new tools which enable precise and fast both, qualitative and quantitative analysis. Currently, in order to minimize the time frame necessary to characterize the analyte, these methods use the tools based on specific detection mechanisms. Despite the lack of universality of the mentioned methods, they are generally applied in biomolecular electrochemical sensors (BES). An example of advanced BES can be immunosensors that allow the detection of specific antigens. In order to characterize such a system, a technique called electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is often adopted. EIS is a technique that allows measurements of impedance changes in the system and chemical and biological layers adsorbed on the surface of the electrode. When measuring the EIS, the whole spectrum of impedance is obtained in a given frequency range. The data is modeled then on the basis of the so-called equivalent circuits, which simplify the measured system to an electrical circuit. As BES are very sensitive systems, both chemically and mechanically, special attention should be paid to their construction process and the properties of layers that connect the antibody to the surface of the electrode. This chapter aims to briefly explain the principles of EIS and provide examples of practical measurements using this technique in the context of biomacromolecular analysis.
Author Tomasz Swebocki (FCh / DACh / LSCh)
Tomasz Swebocki,,
- Laboratory of Supramolecular Chemistry
, Karolina Dziąbowska (FCh / DACh / LSCh)
Karolina Dziąbowska,,
- Laboratory of Supramolecular Chemistry
, Daniel Firganek (FCh / DACh / LSCh)
Daniel Firganek,,
- Laboratory of Supramolecular Chemistry
, Tadeusz Ossowski (FCh / DACh / LSCh)
Tadeusz Ossowski,,
- Laboratory of Supramolecular Chemistry
, Anna Wcisło (FCh / DOCh / LChB)
Anna Wcisło,,
- Laboratory of Chemistry of Biopolymers
Other language title versionsElectrochemical Impedance Spectroscopy regarding biomacromolecular analysis - where chemistry meets electronics
Pages98-112
Publication size in sheets1.12
Book Kostrzewa Tomasz, Stasiewicz Piotr, Swebocki Tomasz, Filipczak Paulina (eds.): Kwadrans dla chemii: monografia: Zjazd Wiosenny Sekcji Studenckiej Polskiego Towarzystwa Chemicznego, 25-29.04.2018 r. Skorzęcin, 2018, Oficyna Edukacyjna Krzysztof Pazdro, ISBN 978-83-7594-170-8, 122 p.
Abstract in PolishNa przestrzeni ostatnich lat obserwuje się wzrost zainteresowania nowymi sposobami detekcji oraz analizy biomakromolekuł. Obecnie stosowane techniki, m.in. chromatograficzne, spektroskopowe, czy metody oparte na migracji cząstek w polu elektrycznym, są kluczowe dla nowoczesnej analityki chemicznej. Powszechność tych metod wynika przede wszystkim z ich uniwersalności oraz wysokiej precyzji. Jednym z głównych celów grup badawczych zajmujących się analizą supramolekularną jest nie tylko opracowanie nowych metod analizy biomakromolekuł, lecz także projektowanie i konstrukcja nowych narzędzi pozwalających na dokładne, precyzyjne i szybkie oznaczenia jakościowe oraz ilościowe. Obecnie, aby zminimalizować czas niezbędny na scharakteryzowanie analitu, metody te wykorzystują narzędzia bazujące na specyficznych mechanizmach detekcji. Pomimo braku uniwersalności tych metod znajdują one zastosowanie m.in. w biomolekularnych czujnikach elektrochemicznych. Przykładem zaawansowanych bioczujników mogą być immunosensory, pozwalające na detekcję specyficznych antygenów. Aby móc scharakteryzować taki układ stosuje się między innymi elektrochemiczną spektroskopię impedancyjną EIS (ang. electrochemical impedance spectroscopy). EIS jest techniką pozwalającą na pomiary zmian impedancji układu oraz zaadsorbowanych napowierzchni elektrody warstw chemicznych i biologicznych. Dokonując pomiaru EIS, otrzymuje się całe spektrum impedancji w danym zakresie częstotliwości, a następnie dane modeluje sięw oparciu o tzw. obwody zastępcze (ang. equivalent circuits), które upraszczają układ pomiarowy do obwodu elektrycznego. Ponieważ bioczujniki są układami bardzo wrażliwymi, zarówno chemicznie, jak i mechanicznie, należy zwrócić szczególną uwagę na ich konstrukcję oraz właściwości warstw łączących przeciwciało z powierzchnią elektrody. Niniejszy rozdział ma na celu zwięźle wyjaśnić zasady działania EIS oraz przedstawić przykłady praktycznych pomiarów z wykorzystaniem tej techniki w kontekście analizy biomakromolekuł.
Languagepl polski
Score (nominal)5
ScoreMinisterial score = 5.0, 17-10-2018, BookChapterNotSeriesNotMainLanguages
Citation count*
Cite
Share Share

Get link to the record


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back