ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR CONTROL OF LEAD CONTENT IN THE ENVIRONMENT. A REVIEW

The review presents different types of biosensors and their principles of operation that are currently used to detect heavy metals and lead. Biosensors are considered highly sensitive, specific, accurate, inexpensive and effective tools for the preliminary detection of one or more metals in sources...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2022
Автори:	Zinko, Lionel, Pletenets, Yelyzaveta
Формат:	Стаття
Мова:	Англійська
Опубліковано:	V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2022
Онлайн доступ:	https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/496
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Ukrainian Chemistry Journal
Завантажити файл:

Репозитарії

Ukrainian Chemistry Journal

_version_	1871465888815775744
author	Zinko, Lionel Pletenets, Yelyzaveta
author_facet	Zinko, Lionel Pletenets, Yelyzaveta
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Lionel Zinko", "institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, Ukraine" }, { "author": "Yelyzaveta Pletenets", "institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry NAS of Ukraine" } ]
author_sort	Zinko, Lionel
baseUrl_str	https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-07-22T08:23:50Z
description	The review presents different types of biosensors and their principles of operation that are currently used to detect heavy metals and lead. Biosensors are considered highly sensitive, specific, accurate, inexpensive and effective tools for the preliminary detection of one or more metals in sources of mixed pollution, especially in wastewater. The use of functional nanomaterials based on metal-organic frameworks and layered hydroxides allowed to miniaturize the design of biosensors and significantly improve their applicability for on-site analysis of target samples, which reduces the probability of any changes in the samples during transport to the laboratory. Also, these materials have long-term stability, improve the signal and response speed of electrochemical biosensors, and also increase their sensitivity and selectivity. An overview of the methods of manufacturing the active component of multilayer electrochemical sensors was conducted. The main methods of obtaining stable and sensitive to lead ions electrochemical systems are noted.Sensors and biosensors are powerful tools for accurate qualitative and quantitative analysis of a specific analyte and integration of biotechnology, microelectronics, and nanotechnology to fabricate miniaturized devices without loss of sensitivity, specificity, and control accuracy. The characteristic properties of biomolecule carriers significantly affect the sensitivity and selectivity of the device. The impact of carriers based on metal-organic frameworks and layered hydroxides on increasing the efficiency of modern lead biosensors due to the implementation of the enzyme inhibition mechanism was considered, and the methods of manufacturing the active component of multilayer electrochemical sensors were also reviewed. The perspective of using the coprecipitation method and the ion exchange method to obtain stable and sensitive lead ion electrochemical systems was noted. Thus, electrochemical biosensors can be considered as one of the most widely developed biosensors for the detection of lead ions, in which the presence of direct electron transfer from the recognition center to the electrode reduces the probability of unnecessary interference, which significantly increases their sensitivity and selectivity and enables the development of devices for in-mode monitoring real-time.
doi_str_mv	10.33609/2708-129X.88.11.2022.55-87
first_indexed	2025-09-24T17:43:48Z
format	Article
fulltext	55 УДК 544.6, 543.553 doi: 10.33609/2708-129X.88.11.2022.55-87 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯД Є. С. Плетенець 1,2, Л. С. Зінько 1 1Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Київ 01033, вул. Льва Толстого, 12, Україна 2Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України, м. Київ 03142, просп. Акад. Палладіна, 32/34, Україна e-mail: lionelzinko@univ.kiev.ua В огляді представлено різні типи біосенсорів та принципи їхньої роботи, які зараз застосовують для виявлення важких металів та свинцю. Біосенсори вважають висо- кочутливими, специфічними, точними, недорогими та ефективними інструментами для попереднього виявлення одного або декількох металів у джерелах змішаних за- бруднень, особливо в стічних водах. Використання функціональних наноматеріалів на основі металоорганічних каркасів та шаруватих гідрооксидів дозволили мініатю- ризувати конструкцію біосенсорів та значно покращити їхню застосовність для ана- лізу цільових проб на місці, що зменшує ймовірність будь-яких змін у зразках під час транспортування до лабораторії. Також ці матеріали мають довготривалу стабільність, покращують сигнал та швидкість відгуку електрохімічних біосенсорів, а також підви- щують їхню чутливість та селективність. Проведено огляд методів виготовлення ак- тивного компонента багатошарових електрохімічних сенсорів. Відзначено основні ме- тоди отримання стійких та чутливих до йонів свинцю електрохімічних систем. Ключові слова: електрохімічні біосенсори, свинець, модифікація, металоорганічні каркаси, шаруваті подвійні гідрооксиди. ВСТУП. Катіон свинцю (Pb2+) є відомим забруднювачем навколишнього середови- ща, кумулятивним токсикантом, що нако- пичуються в довкіллі та організмі людини через харчовий ланцюг і може спричиняти несприятливий вплив на імунну, централь- ну нервову та репродуктивну системи, особливо у дітей віком від 1 до 4 років [1–3]. Відповідно до стандартів Всесвітньої орга- нізації охорони здоров'я (ВООЗ), концент рація іонів Pb(II) у питній воді не повинна перевищувати 50 мкг/л. Тому розроблення аналітичних методів регулярного та ефек- тивного моніторингу Pb2+ не втратило своєї актуальності, особливо в регіонах, де йдуть активні військові дії, які виявляють най- більшу екологічну проблему сучасної епо- хи. Спільна присутність різноманітних 56 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ типів органічних (тротил, гексоген і окто- ген) і неорганічних забруднюючих речовин (Pb, Cu, Cd, Ni, Cr, Zn, As і Sb) може завда- ти непоправної шкоди навколишньому се- редовищу та населенню, що мешкає в цьо- му регіоні. Для виявлення важких металів використовували різні традиційні методи аналізу, включаючи атомно-абсорбцій- ну спектроскопію(AAS), оптико-емісійну спектроскопію з індуктивно пов’язаною плазмою (ICP-OES), ICP-MS та електро- хімічний аналіз. Традиційними аналітич- ними методами є атомно-абсорбційна або емісійна спектроскопія (AAS, AES) [4, 5], мас-спектрометрія з індуктивно зв'язаною плазмою (ICP-MS) [7] або атомно-флуорес- центна спектрометрія холодної пари (CVAFS) [7]. Вони є надзвичайно чутливи- ми, але дорогі та вимагають трудомістких процесів попередньої підготовки проб [8]. Тому в деяких випадках ці методи можуть бути замінені недорогими та більш прос тими у використанні методами, такими як сенсори, які можуть базуватися або на оптичній трансдукції (наприклад, сенсори на фотонних кристалах) [9–12], або на елек- трохімічній трансдукції (іоноселективні електроди, полярографія, потенціометрія, амперометрія, кондуктометрія тощо). Се- ред цих підходів кондуктометрія має висо- ку чутливість, високу хімічну стабільність і термічну стабільність, а також хорошу селективність, швидкість у детектуванні та простоту в роботі [13,14]. Електрохімічні датчики поступово стали альтернативним інструментом для швидкого виявлення ве- ликої кількості важких металів. Протягом останніх років було запропоновано різні електрохімічні чутливі сенсори катіонів Pb2+[15–18]. Особливу увагу для підвищен- ня селективності та чутливості приділяють використанню ензимів, що зв’язуються зі свинцем [16–20] та мають високу стабіль- ність і можуть зберігати свою активність та здатність до зв’язування після повторної денатурації та ренатурації [21, 22]. Для під- вищення чутливості таких електрохімічних сенсорів часто застосовують мадіатори, які є комплексними сполуками з редокс-ак- тивністю (наприклад, фероцен) [12], також використовують неорганічні наночастинки як носіїв [23, 24] та концентраторів актив- ної ензимної фази [25, 26]. Однак викори- стання природних ферментів пов’язано з певними труднощами, а саме: довготрива- лим розділенням і очищенням нативних ензимів, їхньою високою вартістю, легкою денатурацією та чутливістю до умов нав колишнього середовища та збереження [27–29]. Таким чином, у сучасних напрям- ках розвитку електрохімічного виявлен- ня Pb2 + домінує нова стратегія отримання більшої кількості сигнальних продуктів з економічно ефективними та стабільними імітаторами ферментів [30]. Базуючись на цих тенденціях, основним завданням цього огляду став більш досконалий аналіз базо- вих принципів фізико-хімічних та електро- хімічних процесів детектування важких металів, техніка виготовлення сенсорів та методів підвищення чутливості та селек- тивності електрохімічних систем на осно- ві синтетичних металорганічних та мета- локсидних сполук, що мають можливість кількісно взаємодіяти з катіонами Pb2+. ПРИНЦИПИ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО СЕНСОРНОГО ДЕТЕКТУВАННЯ. Прин- цип, який лежить в основі використання електрохімічних датчиків (або електро- 57https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 дів) для виявлення забруднюючих речо- вин, полягає в тому, що певна концен- трація забруднюючих речовин спочатку адсорбується на межі розділу електрод/ електроліт чи електрод/газова фаза, після чого на поверхні електрода відбувається електрокаталітична окисно-відновна ре- акція. Оскільки окисно-відновні реакції передбачають отримання та втрату елек- тронів, кількість отриманих і втрачених електронів під час хімічної реакції мож- на точно оцінити, оцінивши поточне зна- чення електричних показників на макро- рівні. Простіше кажучи, встановлюється кількісна залежність між концентрацією забруднювача та електричним сигналом (поточним значенням струму або потенці- алу) [31]. Водночас електрод може якісно та кількісно ідентифікувати різні забруд- нювачі на основі відмінностей у окисле- них або відновлених піках потенціалів між забруднювачами. Повна система електро- хімічного аналізу включає електрохіміч- не сенсорне обладнання, прилад фіксації електричних показників та електроліт. Прилад електрохімічного виявлення за- звичай має триелектродну структуру, що складається з робочого електрода (WE), електрода порівняння (RE) та протиелек- трода (CE) (Рис.1). Рис. 1. Основні принципи роботи електрохімічних сенсорних систем [32] Fig. 1. Basic principles of electrochemical sensor system's operation [32]. Оскільки робочий електрод відіграє дуже важливу роль в електрохімічному датчику загалом, то багато досліджень зо- середжено на вдосконаленні саме робочого електрода. Спочатку електрохімічне вияв- лення зазвичай виконували з використан- ням ртутних електродів, таких як підвіше- ний ртутний електрод, ртутний крапель- ний електрод та плаский ртутний електрод. Ці варіанти було обрано через переваги 58 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ чистоти, легкості оновлення та гарної відтво- рюваності [33–35]. Однак ртуть є летючим і токсичним важким металом, що обмежує її електрохімічне застосування. На сьогодні ртутні електроди рідко використовують в області електрохімічного аналізу. З 1970-х років дослідники уникали токсичності елек- тродів, використовуючи тверді електроди (такі як золоті та платинові електроди), які демонструють високу провідність і гарну стабільність. Однак важкі метали є отру- тами, що впливають на каталітичну актив- ність металів платинової групи та золота, що робить такі електроди невідновлюваними і дорогими у використанні. Тому все більшу увагу стали привертати тверді електроди на вуглецевій основі. Вугільні електроди мають такі переваги, як хороша провідність, низь- ка вартість, малий фоновий струм, широкий діапазон потенціалів та легкість модифіка- ції [36]. Завдяки цьому дослідники почали широко використовувати електроди з вуг- лецевих (нано-) матеріалів для виявлення різноманітних забруднювачів. Однак непо- криті тверді електроди все ще мають кілька очевидних недоліків. Порівняно з ртутни- ми електродами вони демонструють нижчу повторюваність і стабільність. Порівняно з модифікованими електродами вони мають меншу питому поверхню з меншою кількіс тю поверхневих функціональних груп, що не є оптимальним для цільової адсорбції та каталітичного окислення на поверхні елект рода речовин, які аналізують. Із цих причин поточні дослідження зосереджено насампе- ред на модифікованих вугільних електродах. ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧ- НІ ПРОЦЕСИ ПРИ ДЕТЕКТУВАННІ ВАЖ- КИХ МЕТАЛІВ. Важкі метали в навколиш- ньому середовищі, як правило, присутні у своїй катіонній формі (Hg2+, Pb2+, Cd2+ тощо), отже, вони можуть бути електро- відновлені до відповідного металу на елек- троді ( е̅ → Hg0 е̅ → Pb0 е̅ → Cd0 𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘 – електрохімічний еквівалент речовини, 𝑚𝑚 – маса речовини, 𝑞𝑞 – заряд. 𝑘𝑘 = 𝐴𝐴 𝜈𝜈𝜈𝜈 𝐴𝐴 – атомна маса речовини, 𝜈𝜈 – заряд йона, 𝐹𝐹 – число Фарадея. е̅ → Hg0 е̅ → Pb0 е̅ → Cd0 𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘 – електрохімічний еквівалент речовини, 𝑚𝑚 – маса речовини, 𝑞𝑞 – заряд. 𝑘𝑘 = 𝐴𝐴 𝜈𝜈𝜈𝜈 𝐴𝐴 – атомна маса речовини, 𝜈𝜈 – заряд йона, 𝐹𝐹 – число Фарадея. ), що відповідає етапу по- переднього концентрування. Однак велика кількість металу може бути осаджена на електроді, навіть якщо концентрація каті- онів низька, за умови, що час осадження (електровідновлення), згідно законів Фара- дея, є достатньо тривалим:е̅ → Hg0 е̅ → Pb0 е̅ → Cd0 𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘 – електрохімічний еквівалент речовини, 𝑚𝑚 – маса речовини, 𝑞𝑞 – заряд. 𝑘𝑘 = 𝐴𝐴 𝜈𝜈𝜈𝜈 𝐴𝐴 – атомна маса речовини, 𝜈𝜈 – заряд йона, 𝐹𝐹 – число Фарадея. , (1) де е̅ → Hg0 е̅ → Pb0 е̅ → Cd0 𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘 – електрохімічний еквівалент речовини, 𝑚𝑚 – маса речовини, 𝑞𝑞 – заряд. 𝑘𝑘 = 𝐴𝐴 𝜈𝜈𝜈𝜈 𝐴𝐴 – атомна маса речовини, 𝜈𝜈 – заряд йона, 𝐹𝐹 – число Фарадея. – електрохімічний еквівалент речови- ни, е̅ → Hg0 е̅ → Pb0 е̅ → Cd0 𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘 – електрохімічний еквівалент речовини, 𝑚𝑚 – маса речовини, 𝑞𝑞 – заряд. 𝑘𝑘 = 𝐴𝐴 𝜈𝜈𝜈𝜈 𝐴𝐴 – атомна маса речовини, 𝜈𝜈 – заряд йона, 𝐹𝐹 – число Фарадея. – маса речовини, е̅ → Hg0 е̅ → Pb0 е̅ → Cd0 𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘 – електрохімічний еквівалент речовини, 𝑚𝑚 – маса речовини, 𝑞𝑞 – заряд. 𝑘𝑘 = 𝐴𝐴 𝜈𝜈𝜈𝜈 𝐴𝐴 – атомна маса речовини, 𝜈𝜈 – заряд йона, 𝐹𝐹 – число Фарадея. – заряд. е̅ → Hg0 е̅ → Pb0 е̅ → Cd0 𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘 – електрохімічний еквівалент речовини, 𝑚𝑚 – маса речовини, 𝑞𝑞 – заряд. 𝑘𝑘 = 𝐴𝐴 𝜈𝜈𝜈𝜈 𝐴𝐴 – атомна маса речовини, 𝜈𝜈 – заряд йона, 𝐹𝐹 – число Фарадея. , (2) де е̅ → Hg0 е̅ → Pb0 е̅ → Cd0 𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘 – електрохімічний еквівалент речовини, 𝑚𝑚 – маса речовини, 𝑞𝑞 – заряд. 𝑘𝑘 = 𝐴𝐴 𝜈𝜈𝜈𝜈 𝐴𝐴 – атомна маса речовини, 𝜈𝜈 – заряд йона, 𝐹𝐹 – число Фарадея. – атомна маса речовини, е̅ → Hg0 е̅ → Pb0 е̅ → Cd0 𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘 – електрохімічний еквівалент речовини, 𝑚𝑚 – маса речовини, 𝑞𝑞 – заряд. 𝑘𝑘 = 𝐴𝐴 𝜈𝜈𝜈𝜈 𝐴𝐴 – атомна маса речовини, 𝜈𝜈 – заряд йона, 𝐹𝐹 – число Фарадея. – заряд йона, е̅ → Hg0 е̅ → Pb0 е̅ → Cd0 𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘 – електрохімічний еквівалент речовини, 𝑚𝑚 – маса речовини, 𝑞𝑞 – заряд. 𝑘𝑘 = 𝐴𝐴 𝜈𝜈𝜈𝜈 𝐴𝐴 – атомна маса речовини, 𝜈𝜈 – заряд йона, 𝐹𝐹 – число Фарадея. – число Фарадея. Це є основою кулонометричного методу аналізу. Методом, що базується на попередньо- му відновленні металів, є анодне скану- вання потенціалу при окисненні металу до відповідного катіона (зворотня реакція): Ме0→Меn+ + nе̅ → Hg0 е̅ → Pb0 е̅ → Cd0 𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘 – електрохімічний еквівалент речовини, 𝑚𝑚 – маса речовини, 𝑞𝑞 – заряд. 𝑘𝑘 = 𝐴𝐴 𝜈𝜈𝜈𝜈 𝐴𝐴 – атомна маса речовини, 𝜈𝜈 – заряд йона, 𝐹𝐹 – число Фарадея. . Ці електрохімічні реакції є надзвичайно швидкими та дають сильний електричний струм (пропорційний кіль- кості іонів металу, початково присутніх у середовищі), що забезпечує високу чутли- вість електрода. Крім цього, кожен метал окислюється за певного потенціалу, що від- повідає за специфічність дії. Цей метод на- зивають анодно-поглинаючою вольтампе- рометрією (ASV), він є надзвичайно акту- альним для кількісного визначення важких металів [14]. Для визначення йонів металів використовують різні електроди: немоди- фіковані (ртуть, вісмут або благородні ме- 59https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 тали), або модифіковані наночастинками та наноструктурами (CNT, графен), або ін- шими інноваційними матеріалами, такими як легований бором алмаз [12–14]. Іншим способом функціоналізації електродів є використання провідних полімерів (поліпі- ролу, політіофену, поліаніліну, полінафта- ліну та ін.) [15]. Одна з головних причин інтересу до електропровідних полімерів (CPs) полягає в тому, що невеликі збурення на їхній поверхні або в їхньому об’ємі мо- жуть викликати сильні зміни в їхній елек- троактивності, які можна досліджувати за допомогою амперометрії або потенціомет рії. Інший інтерес до CPs, крім простоти модифікації провідної поверхні, полягає в тому, що їх легко функціоналізувати за до- помогою додаткових хімічних модифікацій [12–15, 21, 22]. Найпростішим способом є легування електропровідних полімерів легуючими іонами, що мають необхідну функцію; інший спосіб полягає в хімічній модифікації основи електропровідних по- лімерів із бажаною функцією. Крім цього, було доведено, що деякі CPs є біосумісни- ми, а отже, зручними для зв’язування біо- молекул, які мають редокс- та каталітичну активність до реакцій з участю необхідного йона металу [22]. МЕТОДИ МОДИФІКАЦІЇ ПОВЕРХНІ ЕЛЕКТРОДІВ. Для модифікованих елект родів використовували різні методи моди- фікації хімічного складу та мікрострукту- ри поверхні електрода. Загалом стратегії модифікації електродів можна розділити на два типи: зверху – вниз і знизу – вго- ру. Модифікації «зверху – вниз» зазвичай використовують лазери, плазму, озон або інші методи травлення поверхні електро- да для досягнення задовільної шорстко- сті поверхні та додавання необхідних поверхневих функціональних груп для покращення ефективності адсорбції та електрохімічної активності [37–39]. При модифікуванні скловугільного електрода (GCE) за допомогою азотної плазми та ла- зера можна отримати необхідні кисневміс- ні функціональні групи та азотні функці- ональні групи для успішного виявлення ципрофлоксацину (CFX) та офлоксацину (OFL) (рис. 2 a, b). Завдяки модифікації УФ/Озоном отримано задовільну струк- туру електрода та функціональну групу кисню, а також ефективний прямий пере- нос електронів (DET) на модифікованому електроді (рис. 2 с). Модифікації знизу вго- ру, навпаки, вводять активні матеріали на поверхню електрода за допомогою таких методів, як самозбірка [40, 41], покриття [42], електрохімічна полімеризація [43, 44] та електрохімічне осадження [45]. Ці мо- дифіковані матеріали є універсальними та включають вуглецеві наноматеріали, квантові точки, металеві (оксидні) нано- частинки, електропровідні органічні ре- човини, ферменти та антитіла [40, 46–50]. Останнім часом особливу увагу приверта- ють ферментні електрохімічні біосенсори завдяки своїй добрій каталітичній актив- ності, мініатюрності, економічній ефек- тивності та зручності у використанні [51, 52] (рис. 2 с). Серед ферментних біосен- сорів найбільш вивчено ацетилхолінесте- разу (AChE), яка має високу вибірковість, чутливість, стабільність та інші характе- ристики, тому її часто використовують для отримання електрохімічно інгібова- них ферментних сенсорів аналітичного контролю фосфорорганічних пестицидів. 60 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ Рис. 2 Приклади модифікацій «зверху – вниз»: (A) GCE модифікували за допомогою азотної плазми для виявлення ципрофлоксацину (CFX) [37]. (B) GCE було безпосередньо модифіковано за допомогою пікосекундного лазера для виявлення офлоксацину (OFL) [38] і (C) Модифікація УФ/Озон для ефективного прямого випромінювання перенесення електрона (DET) [39] Fig. 2 Examples of top-down modifications: (A) GCE modified with nitrogen plasma to detect cipro- floxacin (CFX) [37]. (B) The GCE was directly modified with a picosecond laser to detect ofloxacin (OFL) [38] and (C) UV/Ozone modification for efficient direct electron transfer (DET) radiation [39]. ВИКОРИСТАННЯ КАТАЛІТИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ФЕРМЕНТІВ У РОЗРОБ ЛЕННІ СЕНСОРІВ СВИНЦЮ. Ферменти привернули увагу хіміків-аналітиків як ви- сокоефективні білкові каталізатори завдя- ки своїм унікальним властивостям, таким як селективність і чутливість до специфіч- них субстратів, і функціонуванням у вод- ному середовищі за кімнатної температури [53, 54]. Інгібування ферментів є надзви- чайно важливою сферою досліджень як у медичній, так і в аналітичній галузі. Багато методів, які використовують в екологічно- му моніторингу, засновані на інгібуванні ферментів, які в основному зосереджені на виявленні забруднюючих речовин, та- ких як пестициди, іони важких металів та інших токсичних сполук. Наприклад, іони свинцю, ртуті та інших важких металів є надзвичайно отруйними не тільки для людини, але й для всіх живих організмів через їхню пригнічувальну дію на фер- менти. Приклад: Pb[II] може легко реагу- вати з сульфгідрильними (-SH) групами в білку. Протеїн-SH + Pb2+ + HS-Білок → Білок-S-Pb-S-Білок + 2H+. Повідомлялося, що токсична дія іонів металів на фермен- ти зазвичай зумовлена їхнім зв’язуванням з тіольними групами, присутніми в /або поблизу активного центру, що викликає 61https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 незворотне інгібування [55]. Численні фер- менти, що демонструють значне інгібуван- ня різними іонами металів, уже було наці- лено на розроблення різних ферментних біосенсорів. Верма та Сінгх добре описали різні типи датчиків для аналізу іонів важ- ких металів, включаючи датчики на ос- нові ферментів [56]. Біосенсор на основі ферментів інвертази (INV) [57–59], уреази [60], ацетилхолінестерази (AChE) [61] ви- користовували для виявлення іонів важких металів завдяки їхній високій специфічно- сті (селективності) та чутливості. Останнім часом датчики на основі ферментів стали об’єктом інтенсивних досліджень і розро- бок, і виявилося, що вони мають швидкий час відгуку та є високоселективними [62]. Обмежене застосування ферментативних препаратів із залученням нативного фер- менту часто пов’язано з обмеженою до- ступністю, високою ціною очищених фер- ментних препаратів і низькою стабільністю розчинів чистих ферментів при зберіганні через кумулятивну дію різних факторів. Окрім цього, ці розчинні біокаталізатори важко відокремити від реагентів і продук- тів реакції, тому їх неможливо повторно використати. Ці недоліки можна подолати за допомогою іммобілізованих ферментів, де вони штучно зв'язані з нерозчинним у воді носієм або з водорозчинними поліме- рами, які зберігають свою каталітичну ак- тивність (повністю або частково) [63–65]. Біосенсори, засновані на принципі інгібу- вання ферментів, застосовували для широ- кого спектра важливих аналітів, таких як фосфорорганічні пестициди (ОР), хлорор- ганічні пестициди, похідні інсектицидів, іони важких металів і глікоалкалоїди [66]. Такі ферменти, як лужна фосфатаза [67–69], глюкозооксидаза (GOD) [70], а також пер оксидаза [71, 72], ацетилхолінестераза [73] і інвертаза були включені в електрохімічний і оптичний перетворювач для виявлення ряду іонів металів у наномолярному діапа- зоні, включаючи миш'як, вісмут, берилій, цинк, ртуть, кадмій, свинець і мідь. Інвер- таза (глікопротеїн) є ідеальним ферментом для досліджень інгібування завдяки його низькій вартості, добрій стабільності та високій специфічній активності [57, 74]. Глюкоза, що утворюється в результаті ката- лізу сахарози розчинною/іммобілізованою інвертазою, реагує з глюкозооксидазою та виробляє H2O2. Активність інвертази знижується за присутності іонів металів і викликає зниження продуктоутворення. Ступінь інгібування прямо пропорційний концентрації іонів металу в розчині. У цих дослідженнях було зроблено спроби роз- роблення амперометричного біосенсора сахарози в поєднанні з ко-іммобілізованою інвертазою-глюкозооксидазою у компо- зитній матриці. Використання нового біо полімерного композита (агароза-гуарова камедь) як іммобілізаційної матриці доз- волило розробити новий електрохімічний сенсор для сахарози. Агароза та гуарова камедь було обрано як матрицю для іммо- білізації ферментів через незвичайне по- єднання їхніх властивостей, яке включає чудову мембраноутворювальну здатність, високу водопроникність, хорошу адгезію, біосумісність, нетоксичність та високу ме- ханічну міцність. Спільної іммобілізації INV–GOD за допомогою процедури фі- зичного захоплення без будь-яких хіміч- них модифікацій було досягнуто в новому композиті полісахариду агарози та гуаро- вої камеді [75,76]. Принцип визначення 62 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ сахарози ферментативним методом поля- гає в гідролізі сахарози ферментом інвер- тазою з вивільненням глюкози. Утворена таким чином глюкоза окислюється глюко- зооксидазою з виділенням H2O2, яку визна- чають амперометрично за допомогою елек- трохімічного відновлення при +0,35 В за допомогою електрода порівняння Ag/AgCl. Таким чином, кількість сахарози в розчині визначається швидкістю утворення пере- кису водню. НОСІЇ НА ОСНОВІ МЕТАЛООРГАНІЧ- НИХ КАРКАСІВ. Металоорганічні каркаси (MOК) (Рис. 3), які складаються з іонів ме- талів або кластерів, з’єднаних органічними лінкерними групами, нещодавно з’явилися як один із видів перспективних матеріалів для розроблення нових штучних фермен- тів, оскільки їхні однорідні порожнини мо- жуть генерувати високу щільність біохімі- мічних активних центрів [77–80]. Рис. 3 (a) Розширення структури MOК через утворення водневих зв’язків і (b) Розширення MOК через утворення шару [81] Fig. 3 (a) Extend of MOF structure through hydrogen bonding and (b) Extend of MOF via layer for- mation [81]. Наприклад, MOК, створені з порфіри- ном або похідними порфірину, використо- вували для каталізу деяких органічних реакцій з участю йонів свинцю [82–86], включаючи епоксидування олефінів [85] і реакції зв’язування CO2/пропіленокси- ду [86]. Повідомлялося, що MOК на ос- нові Fe(III) виявляються подібними до каталітичної активності пероксидази і їх використовують для побудови колори- метричних методів біосенсорного вияв- лення H2O2 та аскорбінової кислоти [79]. Нещодавно було синтезовано пористий залізо-порфіриновий MOК, який демон- струє пероксидазну активність, подібну до гемового білка міоглобіну в органічному розчиннику [82]. Ряд залізопорфіринових MOК продемонстрував хороші характери- стики як каталізаторів і використання їх для побудови електрохімічної платформи для зондування Pb2+ [87, 88]. У цих робо- тах було запропоновано високочутливий 63https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 і селективний електрохімічний сенсор для Pb2+ із новоствореним ДНК-функціоналі- зованим залізо-порфіриновим MOК (GR-5/ (Fe-P)n-MOF). Стабільний (Fe−P)n-MOF міг створювати мультисигнальні частки для досягнення високої чутливості, тоді як GR−5, який був зв’язаний з (Fe−P)n-MOК через наночастинки Au (AuNP), забезпе- чує високу селективність для цього методу (Рис. 4). Рис. 4. Схематичне зображення (А) Приготування зонду GR−5/(Fe−P)n-MOF та (B) електро хімічне виявлення Pb2+[89] Fig. 4. Schematic presentation of (A) Preparation of GR−5/(Fe−P)n-MOF probe, and (B) electro- chemical detection of Pb2+ [89]. На відміну від флуоресцентного детек тування [16,17], після каталітичного розщеп лення ланцюга субстрату GR-5 за допомо- гою Pb2+ короткий (Fe-P)n-MOК-зв’язаний олігонуклеотидний фрагмент далі гібриди- зується із зондом (HP), який іммобілізова- ний на поверхні трафаретного вугільного електрода (SPCE), який діє як імітатор фер- мента. Завдяки властивостям GR-5 розпіз- навати йони Pb2+ та імітувати пероксидазу (Fe-P)n-MOК, метод аналізу надає змогу ви- бірково виявляти Pb2+. Швидкий час релакса- ції вказав на можливість його застосування для виявлення Pb2+ у різних середовищах. 64 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ Також розроблено новий зонд GR−5/ (Fe−P)n-MOК для реалізації специфічного розпізнавання та посилення сигналу для високочутливого та вибіркового виявлен- ня Pb2+. GR−5 без міток забезпечує чудову селективність, а (Fe−P)n-MOК як штучний фермент має високу спорідненість до меді- атора ТМВ та субстрату H2O2, що зумовлює високу чутливість запропонованого мето- ду. Така штучна пероксидаза демонструє хорошу стабільність у широкому діапазо- ні рН і температур. Крім цього, цей метод, заснований на недорогому саморобному SPCE із зондом, показує широкий лінійний діапазон залежності струму від концентра- ції для виявлення Pb2+ і хорошу точність. Запропонований метод електрохімічного зондування можна розширити для вияв- лення інших аналітів за допомогою відпо- відних зондів на основі (Fe−P)n-MOК і, та- ким чином, він має великий потенціал для тестування в реальному часі [87, 88]. НОСІЇ НА ОСНОВІ ШАРУВАТИХ ПО- ДВІЙНИХ ГІДРОКСИДІВ. Шаруваті по- двійні гідроксиди (ШПГ) є двовимірними наноструктурованими матеріалами з уні- кальними фізико-хімічними властивос- тями. Це захоплюючий клас неорганічних матеріалів із регульованим хімічним скла- дом і структурою. Їх також ідентифіку- ють як гідротальцит або аніонні глинисті мінерали. Вони складаються з позитивно заряджених шарів гідроксидів металів із балансуючими заряд аніонами і деякими молекулами води, розташованими між ша- рами. Їх позначають загальною формулою [M2+1−xM3+x (OH)2] x+ (An−) x/n .mH2O, де M2+ і M3+ – дво- та тривалентні катіони металів, а An− – міжшарові іони-гості з n-валентністю [91]. Значення х можна від- різняти від 0,22 до 0,33 [92]. Зі структурної точки зору LDH мають подібність із бруси- том Mg(OH)2, в якому Mg2+ оточений шість- ма іонами OH−, а отримані октаедричні структури з’єднані одна з одною, утворю- ючи нескінченний двовимірний шар. Шари бруситу отримують позитивний заряд шляхом заміни деяких двовалентних іонів на тривалентні. Потім цей позитивний за- ряд врівноважується або нейтралізується шляхом локалізації аніонів у міжшарових просторах. Молекули води також вбудову- ються в міжшарові простори, стабілізуючи структуру отриманих LDH (Рис. 5). Стабільність структури LDH зумовлена електростатичною взаємодією та водневим зв’язком між шаром і міжшаровим вмістом [94]. Структури LDH піддаються бажаному тонкому налаштуванню шляхом зміни дво- валентних і тривалентних іонів та інтерка- льованих аніонів. Радіуси обраних дво- та тривалентних іонів не повинні суттєво відрізнятися від радіусів Mg2+ та Al3+. LDH мають такі унікальні характеристики, як: низька вартість, нетоксичність, висока пло- ща поверхні, двовимірна структура, змінні інтеркальовані аніони, позитивно зарядже- на поверхня та регульована внутрішня та зовнішня архітектура [95]. Їхнє унікальне застосування випливає з високопористої структури, великої аніонообмінної здатно- сті та водостійкості структур. LDH широко використовують у каталізі [96], антипіре- нах [97], паливних елементах [98], достав- ці ліків [99], адсорбції [99], аналітичній екстракції [95,101,102] та в багатьох інших сферах [103]. Кілька досліджень показали, що LDH є новими матеріалами для хімічної модифікації поверхонь електродів. Як пра- вило, при аналізі слідів і ультраслідів такі 65https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 матеріали дозволяють аналітам обмежува- тися в мінімальному об’ємі поблизу елект рода під час етапу попереднього концент рування, що призводить до низьких меж виявлення. ЛДГ можуть підвищити чутли- вість і вибірковість детекції, оскільки доз- воляють іммобілізувати електрокаталітич- ні реагенти [104]. LDH в електрохімічному зондуванні відіграють одну або декілька з наступних ролей: Електрокаталізатори; Адсорбенти; Поверхня для іммобілізації інших модифікаторів або біомолекул. Рис. 5. Схема розташування молекул води, обмеженої між поверхнями бруситу (001). Об’єкти V-подібної форми – це молекули води, октаедричні листи – брусит, а палички, прикріплені до октаедрів, – зв’язки O-H OH-груп [93] Fig. 5. Scheme of an arrangement of the water molecules confined between brucite surfaces (001).The V-shaped objects are water molecules, the octahedral sheets are the brucite, and the sticks attached to the octahedra are the O-H bonds of OH-groups [93]. ОСОБЛИВОСТІ LDH-МОДИФІКОВА- НИХ ЕЛЕКТРОДІВ. Завдяки наступним особливостям LDH також є привабливи- ми як модифікатори електродів [105–108]: 1 – використання різних шляхів синтезу; 2 – синтез із недорогих прекурсорів; 3 – на- явність пористості, яка забезпечує високу рухливість аналіту та продуктів реакції; 4 – присутність позитивно заряджених шарів надає можливість взаємодії з полярними або негативно зарядженими молекулами; 5 – позитивно заряджені шари LDH мож- на нейтралізувати обмінними аніонами; 6 – високий вміст води забезпечують біо сумісне середовище для захоплених моле- кул та збереження активності ферментів 66 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ протягом більш тривалого часу; 7 – мають хорошу гідролітичну та хімічну стабіль- ність, що дозволяє легко вносити каталіза- тори та сприяє підвищенню вибірковості та чутливості електрохімічних сенсорів (Рис. 6). Рис. 6. Основні переваги електродів, що модифіковані шаруватими подвійними гідроокси дами [109] Fig. 6. Key characteristics of LDH modified electrodes [109]. МЕТОДИ ВИГОТОВЛЕННЯ АКТИВ- НОГО КОМПОНЕНТА БАГАТОШАРОВИХ ЕЛЕКТРОХІМІЧНИХ ДАТЧИКІВ. На сьо- годні для синтезу багатошарових електро- хімічних датчиків використовують чис- ленні методи, включаючи золь-гель-метод, гідроліз сечовини, гідротермальний синтез, співосадження та модифікування поверхні біомолекулами. ГІДРОЛІЗ СЕЧОВИНИ. Отримання ба- гатошарових структур із великими криста- літами, однорідним розподілом розміру частинок і високою кристалічністю можна досягти за допомогою гідролізу сечовини [110]. Сечовину вважають привабливим агентом для осадження кількох іонів мета- лів у вигляді їхнього гідроксиду завдяки ке- рованій швидкості гідролізу за допомогою температури та високої розчинності у воді. Одним із головних недоліків гідролізу сечо- вини є те, що можна отримати лише кар- бонат, який містить шаруваті гідрооксиди. Карбонат постійно утворюється внаслідок розкладання сечовини. Це поставило су- воре обмеження для отримання шаруватих гідрооксидів широкого спектра, що мають різноманітне застосування. U. Costantino та ін. запровадив метод постсинтезу, в якому карбонат було замінено на Cl− шляхом об- роблення шаруватих гідрооксидів за 150 °C розведеним газоподібним HCl [111]. Р. Сю та ін. синтезували тривимірні ієрархічні квіткоподібні Mg–Al-LDH із використан- ням сечовини для розроблення електрохі- 67https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 мічних сенсорів і застосували їх для визна- чення Cd(II) [112]. Подібним чином було розроблено біосенсор, що складається з ультратонкої плівки двобілкового/шару- ватого подвійного гідроксиду для аналізу катехолу. Шаруваті гідрооксиди для виго- товлення біосенсора синтезували методом гідролізу сечовини за гідротермічного об- роблення [113,114]. У деяких звітах синте- зований шаруватий гідрооксид енергійно перемішували у формаміді у потоці N2 за кімнатної температури впродовж кількох годин. Формамід дозволяє набухати та від- шаровувати частинки гідрооксиду, і це є простим методам отримання окремих його нанолистів без теплового оброблення або кип’ятіння [113,115]. ГІДРОТЕРМАЛЬНИЙ СИНТЕЗ. Гідро термальний метод, як правило, використо- вують, коли метод співосадження або іонного обміну неможливий для синтезу бажаного шаруватого гідрооксиду. Вико- ристовують інтеркалювання органічних структур із низькою спорідненістю до ша- рів матеріалу [116]. У роботі [116] вико- ристовували гідротермальний метод для інтеркаляції бажаного органічного аніона за відсутності інших іонів у шари гідро- оксиду з використанням гідроксиду магнію та алюмінію як прекурсорів. ІОНООБМІННИЙ МЕТОД. Метод іон- ного обміну є кращим за метод співосад- ження, бо катіони або аніони двовалентних або тривалентних металів є нестабільними в лужному розчині. Метод іонного обміну є перспективним, коли є більш здійсненною пряма реакція між іонами металу та аніо- нами-гостями. Цей метод можна викорис тати для заміни аніонів проміжного шару аніонами гостя для досягнення бажаної ха- рактеристики шаруватого гідрооксиду. Для ультраслідового визначення рівня Pb (II) було проведено заміну аніонів проміжно- го шару гідрооксиду на аніон EDTA2−, щоб отримати композити EDTA-LDHs [118]. Наночастинки LDH Mg–Al–тіогліколевої кислоти (TGA) також синтезовано аніоно- обмінним методом. Метод складався з двох етапів – синтез LDH, а потім включення TGA через реакцію аніонного обміну [119]. МЕТОД СПІВОСАДЖЕННЯ. Серед усіх цих методів співосадження є найбільш поширеним завдяки своїй простоті та економічності [115,121–125]. Крім цьо- го, цей метод використовують для син- тезу шаруватих гідрооксидів, які призна- чено для розроблення електрохімічних сенсорів. Для приготування гідрооксиду ([M2+ 1−xM 3+ x (OH)2] x+ ( розведеним газоподібним HCl [110]. Р. Сю та ін. синтезували тривимірні ієрархічні квіткоподібні Mg–Al-LDH із використанням сечовини для розроблення електрохімічних сенсорів і застосували їх для визначення Cd(II) [111]. Подібним чином було розроблено біосенсор, що складається з ультратонкої плівки двобілкового/шаруватого подвійного гідроксиду для аналізу катехолу. Шаруваті гідрооксиди для виготовлення біосенсора синтезували методом гідролізу сечовини за гідротермічного оброблення [112,113]. У деяких звітах синтезований шаруватий гідрооксид енергійно перемішували у формаміді у потоці N2 за кімнатної температури впродовж кількох годин. Формамід дозволяє набухати та відшаровувати частинки гідрооксиду, і це є простим методам отримання окремих його нанолистів без теплового оброблення або кип’ятіння [112,114]. ГІДРОТЕРМАЛЬНИЙ СИНТЕЗ. Гідротермальний метод, як правило, використовують, коли метод співосадження або іонного обміну неможливий для синтезу бажаного шаруватого гідрооксиду. Використовують інтеркалювання органічних структур із низькою спорідненістю до шарів матеріалу [115]. У роботі [115] використовували гідротермальний метод для інтеркаляції бажаного органічного аніону за відсутності інших іонів у шари гідрооксиду з використанням гідроксиду магнію та алюмінію як прекурсорів. ІОНООБМІННИЙ МЕТОД. Метод іонного обміну є кращим за метод співосадження, бо катіони або аніони двовалентних або тривалентних металів є нестабільними в лужному розчині. Метод іонного обміну є перспективним, коли є більш здійсненною пряма реакція між іонами металу та аніонами-гостями. Цей метод можна використати для заміни аніонів проміжного шару аніонами гостя для досягнення бажаної характеристики шаруватого гідрооксиду. Для ультраслідового визначення рівня Pb (II) було проведено заміну аніонів проміжного шару гідрооксиду на аніон EDTA2−, щоб отримати композити EDTA-LDHs [117]. Наночастинки LDH Mg–Al–тіогліколевої кислоти (TGA) також синтезовано аніонообмінним методом. Метод складався з двох етапів – синтез LDH, а потім включення TGA через реакцію аніонного обміну [118]. МЕТОД СПІВОСАДЖЕННЯ. Серед усіх цих методів співосадження є найбільш поширеним завдяки своїй простоті та економічності [114,120–124]. Крім цього, цей метод використовують для синтезу шаруватих гідрооксидів, які призначено для розроблення електрохімічних сенсорів. Для приготування гідрооксиду ([M2+1−xM3+x (OH)2]x+ (𝐴𝐴𝑥𝑥/𝑛𝑛𝑛𝑛− ·mH2O) за допомогою методу співосадження є необхідними наступні основні компоненти [119]: наявність розчинних дво- та тривалентних катіонів для формування шарів; присутність міжшарового джерела аніонів, яке протидіє позитивним шарам LDH; лужне середовище, яке може викликати осадження LDH. Такий метод застосовували для синтезу потрійних шаруватих гідрооксидів Fe/Mg/Ni, які пізніше використовували для виготовлення модифікованих електродів [125]. Як правило, для синтезу бажаного гідрооксиду та структур типу ядро – оболонка використовували гідротермальне співосадження [126–129]. ЕЛЕКТРОХІМІЧНИЙ СИНТЕЗ ШАРУВАТИХ ГІДРООКСИДІВ НА ПОВЕРХНІ ЕЛЕКТРОДА. За цього методу шаруваті гідрооксиди електрохімічно синтезують на початковій або попередньо модифікованій поверхні електрода [129,130]. Цього досягають шляхом занурення електрода в розчин, що містить прекурсори відомої концентрації. Наприклад, LDH було синтезовано на GNs-модифікованому електроді шляхом занурення відшарованого GO/GCE в 0,3 М розчин KNO3, що містить 22,5 мМ Ni(NO3)2 і 7,5 мМ Al (NO3)2, а потім змінюючи потенціал між 0,1 і - 1,4 В (проти SCE) зі швидкістю сканування 50 мВ/с протягом 8 циклів [130]. Подібним чином повідомляли про деякі інші методи електросинтезу LDH на різних поверхнях електродів [131]. Такі сенсори потребують додаткової підготовки чи ·mH2O) за допо- могою методу співосадження є необхідними наступні основні компоненти [120]: наяв- ність розчинних дво- та тривалентних ка- тіонів для формування шарів; присутність міжшарового джерела аніонів, яке протидіє позитивним шарам LDH; лужне середовище, яке може викликати осадження LDH. Такий метод застосовували для синтезу потрійних шаруватих гідрооксидів Fe/Mg/Ni, які пізні- ше використовували для виготовлення мо- дифікованих електродів [126]. Як правило, для синтезу бажаного гідрооксиду та струк- тур типу ядро – оболонка використовували гідротермальне співосадження [127–129]. ЕЛЕКТРОХІМІЧНИЙ СИНТЕЗ ШАРУ- ВАТИХ ГІДРООКСИДІВ НА ПОВЕРХНІ ЕЛЕКТРОДА. За цього методу шаруваті гідрооксиди електрохімічно синтезують на початковій або попередньо модифікованій поверхні електрода [130,131]. Цього досяга- ють шляхом занурення електрода в розчин, 68 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ що містить прекурсори відомої концен- трації. Наприклад, LDH було синтезовано на GNs-модифікованому електроді шля- хом занурення відшарованого GO/GCE в 0,3 М розчин KNO3, що містить 22,5 мМ Ni(NO3)2 і 7,5 мМ Al (NO3)2, а потім зміню- ючи потенціал між 0,1 і 1,4 В (проти SCE) зі швидкістю сканування 50 мВ/с протягом 8 циклів [131]. Подібним чином повідомляли про деякі інші методи електросинтезу LDH на різних поверхнях електродів [132]. Такі сенсори потребують додаткової підготовки чи електрохімічної активації. Зазвичай це відбувається шляхом CV-циклування. Так, для виявлення Pb2+сенсор спочатку було електрохімічно активовано шляхом вико- нання CV-сканування (10 циклів) у 0,01 М фосфатному буфері (рН 7,2) з діапазоном потенціалів від -0,3 до +0,6 В зі швидкістю сканування 500 мВ с-1. Після промивання надчистою водою та сушіння азотом на ро- бочий електрод послідовно крапали 3 мкл 0,05 мг/мл хітозану та розчин AuNPs. Далі 10 мкл Pb2+ за різних концентрацій і 90 мкл GR-5/(Fe-P)n-MOF змішували в 50 мМ Трис-ацетатному буфері (300 мМ NaCl, pH 7,0). Потім 3 мкл суміші крапали на HP-модифікований електрод та інкубували за 37 °C протягом 90 хв. Після промивання 50 мМ Трис-ацетатним буфером (рН 7,0) 100 мкл 0,1 М буфера HAc-NaAc з рН 5,5, що містить 0,89 мМ ТМВ і 0,61 мМ H2O2, додають до поверхні сенсора. Відразу про- водили вимірювання хроноамперометрич- ним методом при +100 мВ [89]. Такі дії не дають можливості для експресного детек- тування та багаторазового використання цих сенсорів. МОДИФІКУВАННЯ ЕЛЕКТРОДІВ БІО МОЛЕКУЛАМИ. У біосенсорі чутливим і специфічним елементом є біологічний (на- приклад, мікроорганізми, клітини або час тини клітин, клітинні рецептори, фермен- ти, нуклеїнові кислоти, антитіла, пептиди тощо). Цей елемент має бути з’єднано з перетворювачем, який перетворює сигнал, що виникає в результаті взаємодії аналіту з біологічним елементом, у електричний струм. Висока селективність для аналіту, навіть у матриці інших хімічних речовин, є ключовою вимогою, якій особливо добре відповідають біорецептори. Саме фермен- ти найбільше відповідають вимогам специ- фічного зв’язування та каталітичної актив- ності. Розпізнавання аналіту здійснюють за допомогою двох можливих механізмів: пе- ретворення аналіту в продукт (хоча немає жодного прикладу, щоб іони важких мета- лів були субстратом ферменту), або інгібу- вання ферменту (популярний підхід). За допомогою трансдукції, оскільки ферменти є каталізаторами, вони дозволяють отри- мувати нижчі межі виявлення порівняно зі звичайними методами. Як недолік, фер- менти мають обмежений термін служби. Ланцюги ДНК також можуть діяти як ре- цептори для катіонів важких металів через свій негативний заряд. Розпізнавання каті- онів ДНК, як правило, відбувається через залучення іонів у локальні третинні струк- тури, утворені шляхом самопарування од- ного ланцюга. Нещодавно було описано ДНК-зими (послідовності ДНК, що мають каталітичні властивості) для виявлення важких металів за допомогою механізмів, подібних до класичних ферментів. Пепти- ди – це амінокислотні послідовності, які, як і у випадку ДНК, можуть згортатися в певні просторові конформації за рахунок водне- вих зв’язків, сил Ван-дер-Ваальса та іонних 69https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 взаємодій. Тому можуть утворюватися тре- тинні структури, в які можуть зв’язувати- ся катіони важких металів. Крім цього, як і ДНК, пептиди можуть бути синтезовані та відібрані автоматизованими комбінатор- ними шляхами, і тому вони є надзвичайно потужними рецепторами. Нарешті, кліти- ни можна використовувати як біорецепто- ри, оскільки їхній метаболізм чутливий до навколишнього середовища і їх можна лег- ко контролювати, наприклад, через їхню дихальну активність (споживання кисню). Їх зазвичай використовують для виявлення аналогічних параметрів токсичності. Серед клітин особливо ефективними є мікрово- дорості, оскільки їхнє культивування є від- носно легким. Також продукти реакцій ферментів або побічні продукти можуть бути електроак- тивними, тобто їхню активність можна кон- тролювати амперометрично. Інші ферменти виробляють або споживають протони, тоб- то їхню активність можна контролювати за допомогою змін рН. Також можуть утворю- ватися інші іони; у цьому випадку актив- ність ферменту можна контролювати за до- помогою кондуктиметричних вимірювань. Чудовий приклад використання ферментів для виявлення важких металів надав Кукла в 1999 році [70]. Автори розробили багато- ферментний електрохімічний сенсорний масив на основі вимірювань ємності (Рис. 8). Вибрані ферменти (холінестераза-BChE, уреаза-Ur та глюкозооксидаза-GOD) були іммобілізовані на масиві електродів, щоб кількісно визначити велику кількість іонів важких металів серед суміші цих іонів вод- ночас. Приклад тривимірних кривих, отри- маних із пристрою з трьома ферментами, наведено на рис. 8. Рис. 7. (A) 5-канальний пристрій з (1) чутливими датчиками Si–SiO2–Si3N4, (2) протиелектродом, (4) ферментами, (5) ущільненням, (6) корпусом з ПММА, вхід потоку (7) і вихід (8); (Б) Залишкова активність ферментів уреази, BChE та GOD відповідно після впливу вибраних іонів важких металів у зростаючих концентраціях [70] Fig. 7. (A) 5-channel device with (1) sensitive Si–SiO2–Si3N4 sensors, (2) counter electrode, (4) en- zymes, (5) seal, (6) PMMA housing, flow inlet (7) and outlet (8 ); (B) Residual activity of urease, BChE and GOD enzymes, respectively, after exposure to selected heavy metal ions in increasing concentrations [70]. 70 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ У роботі [133] повідомили про електро- хімічний біосенсор із використанням уль- трамікроелектродів, модифікованих інвер- тазою та глюкозооксидазою для виявлення Hg2+, Ag+, Pb2+ та Cd2+, із межею виявлення Hg2+ близько 5 × 10−10 М. Тобто сучасні тен- денції у виробленні таких електродів спря- мовані не тільки на мініатюризацію елект родів, але й забезпечення їхньої тривалої дії для забезпечення роботи в польових умовах та в режимах реального часу з ви- користанням сучасних технологій викори- стання безпілотних літальних апаратів. ВИСНОВКИ. Наявність активних бойо- вих дій на території України прискорило накопичення важких металів, особливо свинцю, у навколишньому середовищі на небезпечних рівнях із серйозним впливом на здоров'я населення. В умовах дефіциту питної води, обмеженого очищення стіч- них вод та забруднення ґрунтів швидке виявлення та встановлення вмісту свин- цю є актуальним завданням. Сенсори та біосенсори є потужним інструментом для точного якісного та кількісного аналізу конкретного аналіту та інтеграції біотехно- логії, мікроелектроніки та нанотехнології для виготовлення мініатюрних пристроїв без втрати чутливості, специфічності та точності контролю. Характерні властиво- сті носіїв біомолекул значною мірою впли- вають на чутливість та селективність при- строю. Розглянуто вплив носіїв на основі металоорганічних каркасів та шаруватих гідроксидів на підвищення ефективністі роботи сучасних біосенсорів свинцю за рахунок реалізації механізму інгібування ферменту, а також проведено огляд мето- дів виготовлення активного компонента багатошарових електрохімічних сенсорів. Відзначено перспективність використання методу співосадження та іонообмінного методу для отримання стійких та чутливих до йонів свинцю електрохімічних систем. Таким чином, електрохімічні біосенсори можна вважати одними з найбільш широ- ко розроблених біосенсорів для виявлення йонів свинцю, в яких наявність прямого перенесення електронів від центру розпіз- навання до електрода зменшує ймовірність зайвих перешкод, що значно підвищує їхню чутливість і селективність та дає змогу роз- робляти пристрої для контролю в режимі реального часу. Роботу виконано за підтримки НАН України у рамках бюджетної про- грами 316НТ «Розроблення матеріалів і процесів для вилучення цінних і токсич- них компонентів із рідин біогенного та техногенного походження». ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR CONT ROL OF LEAD CONTENT IN THE ENVIRONMENT. A REVIEW E.S. Pletenets 1,2, L.S. Zinko 1 1Taras Shevchenko Kyiv National University, 01033 Kyiv, 12 str. Lva Tolstoho str., Ukraine 2 V.I. Vernadsky Institute of General and Inor- ganic Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine, 03142 Kyiv, 32/34 ave Аkаd. Palladina ave, Ukraine e-mail: lionelzinko@univ.kiev.ua The review presents different types of bio- sensors and their principles of operation that 71https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 are currently used to detect heavy metals and lead. Biosensors are considered highly sensi- tive, specific, accurate, inexpensive and effec- tive tools for the preliminary detection of one or more metals in sources of mixed pollution, especially in wastewater. The use of func- tional nanomaterials based on metal-organic frameworks and layered hydroxides allowed to miniaturize the design of biosensors and sig- nificantly improve their applicability for on- site analysis of target samples, which reduces the probability of any changes in the samples during transport to the laboratory. Also, these materials have long-term stability, improve the signal and response speed of electrochemical biosensors, and also increase their sensitivity and selectivity. An overview of the methods of manufacturing the active component of mul- tilayer electrochemical sensors was conduct- ed. The main methods of obtaining stable and sensitive to lead ions electrochemical systems are noted.Sensors and biosensors are powerful tools for accurate qualitative and quantitative analysis of a specific analyte and integration of biotechnology, microelectronics, and na- notechnology to fabricate miniaturized devic- es without loss of sensitivity, specificity, and control accuracy. The characteristic properties of biomolecule carriers significantly affect the sensitivity and selectivity of the device. The im- pact of carriers based on metal-organic frame- works and layered hydroxides on increasing the efficiency of modern lead biosensors due to the implementation of the enzyme inhibi- tion mechanism was considered, and the me thods of manufacturing the active component of multilayer electrochemical sensors were also reviewed. The perspective of using the coprecipitation method and the ion exchange method to obtain stable and sensitive lead ion electrochemical systems was noted. Thus, electrochemical biosensors can be considered as one of the most widely developed biosen- sors for the detection of lead ions, in which the presence of direct electron transfer from the recognition center to the electrode reduces the probability of unnecessary interference, which significantly increases their sensitivity and se- lectivity and enables the development of devic- es for in-mode monitoring real-time. Key words: electrochemical biosensors, lead, modification, metal-organic frameworks, layered double hydroxides. ЛІТЕРАТУРА 1. He Q., Miller E. W., Wong A. P., & Chang C. J. A Selective Fluorescent Sensor for Detecting Lead in Living Cells. Journal of the American Chemical Society, 2006. 128(29). P. 9316–9317. 2. Lu Y., Li X., Wang G. K., Tang W. Biosens. Bio- electron., 2013. (39). P. 231−235. 3. Schneider E., & Clark D. S. Cytochrome P450 (CYP) enzymes and the development of CYP biosensors. Biosensors and Bioelectronics, 2013. 39(1). P. 1–13. doi:10.1016/j.bios.2012.05.043. 4. Durkalec M., Szkoda J., Kolacz R., Opalinski S., Nawrocka A., Zmudzki J. Bioaccumulation of lead, cadmium and mercury in roe deer and wild boars from areas with different levels of toxic metal pollution. Int. J. Environ. Res., 2015. 9. P. 205–212. 5. Evans E.H., Day J.A., Palmer C.D., Price W.J., Smith, C.M.M., Tyson J.F. Atomic spectro metry update. Advances in atomic emission, absorption, and fluorescence spectrometry, and related techniques. J. Anal. At. Spectrom., 2005. 20. P. 562–590. 6. Montes-Bayon M., DeNicola K., Caruso J.A. Liquid chromatography-inductively coupled 72 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ plasma mass spectrometry. J. Chromatogr. A., 2003.1000. P. 457–476. 7. Zhang Y., Adeloju S.B. Coupling of non-selec- tive adsorption with selective elution for novel in-line separation and detection of cadmium by vapour generation atomic absorption spec- trometry. Talanta 2015. 137. P.148–155. 8. Harrington C.F., Clough R., Drennan-Harris L.R., Hill S.J., Tyson, J.F. Atomic spectrome- try update. Elemental speciation. J. Anal. At. Spectrom., 2011. 26. P. 1561–1595. 9. Asher S.A., Sharma A.C., Goponenko A.V., Ward M.M. Photonic crystal aqueous metal cation sensing materials. Anal. Chem., 2003. 75. P. 1676–1683. 10. Arunbabu D., Sannigrahi A., Jana T. Photon- ic crystal hydrogel material for the sensing of toxic mercury ions (Hg2+) in water. Soft Mat- ter, 2011. 7. P. 2592–2599. 11. Hong W., Li W., Hu X., Zhao B., Zhang F., Zhang D. Highly sensitive colorimetric sens- ing for heavy metal ions by strong polyelectro- lyte photonic hydrogels. J. Mater. Chem., 2011. 21. P. 17193–17201. 12. Zhang J.T., Cai Z., Kwak D.H., Liu H., Asher S.A. 2D Photonic Crystal Protein Hydrogel Coulometer for Sensing Serum Albumin Li- gand Binding. Anal. Chem., 2014. 86. P. 4840– 4847. 13. Yanagisawa H., Kurita R., Kamata T., Yoshi oka K., Kato D., Iwasawa A. Effect of the sp2/ sp3 Ratio in a Hybrid Nanocarbon Thin Film Electrode for Anodic Stripping Voltammetry Fabricated by Unbalanced Magnetron Sput- tering Equipment. Analytical Sciences, 2015. 31(7). P. 635–641. doi:10.2116/analsci.31.635. 14. Sengupta P., Pramanik K., & Sarkar P. Simul- taneous detection of trace Pb(II), Cd(II) and Hg(II) by anodic stripping analyses with glassy carbon electrode modified by solid phase syn- thesized iron-aluminate nano particles. Sen- sors and Actuators B: Chemical, 2020. 129052. doi:10.1016/j.snb.2020.129052 15. Dalavoy T.S., Wernette D.P., Gong M., Swee- dler J.V., Lu Y., Flachsbart B.R., Shannon M.A., Bohn P.W., Cropek D.M. Immobilization of DNAzyme catalytic beacons on PMMA for Pb2+ detection. Lab Chip, 2008. 8. P. 786–793. 16. Wang H.-B., Wang L., Huang K.-J., Xu S.-P., Wang H.-Q., Wang L.-L., & Liu Y.-M. A high- ly sensitive and selective biosensing strategy for the detection of Pb2+ ions based on GR-5 DNAzyme functionalized AuNPs. New Jour- nal of Chemistry, 2013. 37(8). P. 2557. doi:10.1039/c3nj00328k. 17. Lan T., Furuya K., & Lu Y. A highly selective lead sensor based on a classic lead DNAzyme. Chemical Communications, 2010. 46(22). P. 3896. doi:10.1039/b926910j. 18. Zhuang J., Fu L., Xu M., Zhou Q., Chen G., Tang D. DNAzyme-Based Magneto-Con- trolled Electronic Switch for Picomolar Detec- tion of Lead (II) Coupling with DNA-Based Hybridization Chain Reaction. Biosens. Bio electron., 2013. 45. P. 52–57. doi:10.1016/j.bios.2013.01.039. 19. Zhu X., Lin Z.Y., Chen L.F., Qiu B., Chen G.A. A sensitive and specific electrochemi- luminescent sensor for lead based on DNA- zyme. Chem. Commun. 2009. P. 6050–6052. doi: 10.1039/b911191c. 20. Wang Y., & Irudayaraj, J. A SERS DNAzyme biosensor for lead ion detection. Chemical Communications, 2011. 47(15). P. 4394−4396. doi:10.1039/c0cc04140h. 21. Liu J., & Lu Y. A Colorimetric Lead Biosensor Using DNAzyme-Directed Assembly of Gold Nanoparticles. Journal of the American Che mical Society, 2003. 125(22). P. 6642–6643. doi:10.1021/ja034775u. 22. Wei H., Li B., Li J., Dong S., & Wang, E. DNA- zyme-based colorimetric sensing of lead (Pb2+) using unmodified gold nanoparticle probes. Nanotechnology, 2008. 19(9). P.1−5. doi:10.1088/0957-4484/19/9/095501. 23. Shen L., Chen Z., Li Y., He S., Xie S., Xu X. Electrochemical DNAzyme Sensor for Lead 73https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 Based on Amplification of DNA−Au Bio-Bar Codes. Analytical Chemistry, 2008. 80(16). P. 6323–6328. doi:10.1021/ac800601y. 24. Yang X., Xu J., Tang X., Liu H., & Tian D. A novel electrochemical DNAzyme sensor for the amplified detection of Pb2+ ions. Chemical Communications, 2010. 46(18). P. 3107. doi:10.1039/c002137g. 25. Tang S.R., Tong P., Li H., Tang J., Zhang L. Ultrasensitive electrochemical detection of Pb2+ based on rolling circle amplification and quantum dots tagging. Biosens. Bioelect ron. 2013. 42. P. 608–611. doi: 10.1016/j.bios.2012.10.073. 26. Zhang P., Wu X., Yuan R., & Chai Y. An “Off– On” Electrochemiluminescent Biosensor Based on DNAzyme-Assisted Target Recy- cling and Rolling Circle Amplifications for Ul- trasensitive Detection of microRNA. Analyti- cal Chemistry, 2015. 87(6). P. 3202–3207. doi:10.1021/ac504455z. 27. Pelossof G., Tel-Vered R., & Willner I. Am- plified Surface Plasmon Resonance and Elec- trochemical Detection of Pb2+ Ions Using the Pb2+-Dependent DNAzyme and Hem- in/G-Quadruplex as a Label. Analytical Chem- istry, 2012. 84(8). P. 3703–3709. doi:10.1021/ac3002269. 28. Li F., Yang L., Chen M., Qian Y., & Tang B. A novel and versatile sensing platform based on HRP-mimicking DNAzyme-catalyzed tem- plate-guided deposition of polyaniline. Biosen- sors and Bioelectronics, 2013. 41. P. 903–906. doi:10.1016/j.bios.2012.09.048. 29. Wulff G. Enzyme-like Catalysis by Molecularly Imprinted Polymers. Chemical Reviews, 2002. 102(1). P. 1–28. doi:10.1021/cr980039a. 30. Wei H., & Wang E. Nanomaterials with en- zyme-like characteristics (nanozymes): next- generation artificial enzymes. Chemical Soci- ety Reviews, 2013. 42(14). P. 6060. doi:10.1039/c3cs35486e. 31. Liu T., Xue Q., Jia J., Liu F., Zou S., Tang R. New insights into the effect of pH on the mecha- nism of ofloxacin electrochemical detection in aqueous solution. Physical Chemistry Chemi- cal Physics. 2019. 21. P.16282−16287. doi:10.1039/c9cp03486b. 32. Liu Y., Xue Q., Chang R., Wang Z., Liu L. He Recent progress regarding electrochemical sensors for the detection of typical pollutants in water environments.Analytical Sciences, 2022. 38(1). P. 55– 70. doi: 10.2116/analsci.21SAR12. 33. Zhou G., & Pan J. Polarographic and voltam- metric behaviour of ofloxacin and its analyti- cal application. Analytica Chimica Acta, 1995. 307(1).P.49–53. doi:10.1016/0003-2670(95)00028-x. 34. Reddy G. Estimation of cephalosporin anti biotics by differential pulse polarography. Ta- lanta, 1997. 44(4). P. 627–631. doi:10.1016/s0039-9140(96)02081-4. 35. Rizk M. Differential pulse polarographic de- termination of ofloxacin in pharmaceuticals and biological fluids. Talanta, 1998. 46(1). P. 83–89. doi:10.1016/s0039-9140(97)00249-x. 36. Niwa О., Ohta S., Takahashi Z., Zhang T. Kamata Т. Hybrid Carbon Film Electrodes for Electroanalysis. Analytical Science, 2021. 1. P. 37–47. doi:10.2116/analsci.20SAR15. 37. Feng L., Xue Q., Liu F., Cao Q., Feng J., Yang L., & Zhang F. Voltammetric determination of oflo xacin by using a laser-modified carbon glassy electrode. Microchimica Acta, 2020. 187(1). doi: 10.1007/s00604-019-4065-6. 38. Chen T., Liu Y., Lu J., Xing J., Li J., Liu T., & Xue Q. Highly efficient detection of cipro- floxacin in water using a nitrogen-doped carbon electrode fabricated through plas- ma modification. New Journal of Chemistry, 2019. doi:10.1039/c9nj03511g. 39. Ueda A., Kato D., Kurita R., Kamata T., Ino kuchi H., Umemura S., Niwa O. Efficient Di- rect Electron Transfer with Enzyme on a Na- nostructured Carbon Film Fabricated with a Maskless Top-Down UV/Ozone Process. Journal of the American Chemical Society, 74 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ 2011. 133(13). P. 4840–4846. doi:10.1021/ja108614d. 40. Xue Q., Kato D., Kamata T., Guo Q., You T., & Niwa O. Improved Direct Electrochemistry for Proteins Adsorbed on a UV/Ozone-Treat- ed Carbon Nanofiber Electrode. Analytical Sciences, 2013. 29(6). P. 611–618. doi:10.2116/analsci.29.611. 41. Xue Q., Kato D., Kamata T., Guo Q., You T., & Niwa O. Human cytochrome P450 3A4 and a carbon nanofiber modified film electrode as a platform for the simple evaluation of drug me- tabolism and inhibition reactions. The Ana lyst, 2013. 138(21). P. 6463. doi:10.1039/c3an01313h. 42. Zhu Y., Li C., Wang L., Chen M., Yu J., Liu Q., & Chen X. Differential Pulse Voltammetry Determination of Ofloxacin in Human Se- rum and Urine Based on a Novel Tryptophan‐ graphene Oxide‐Carbon Nanotube Electro- chemical Sensor. Electroanalysis, 2019. 31. P. 1446. doi:10.1002/elan.201900036. 43. Wen W., Zhao D.-M., Zhang X.-H., Xiong H.-Y., Wang S.-F., Chen W., & Zhao Y.-D. One-step fabrication of poly(o-aminophenol)/mul- ti-walled carbon nanotubes composite film modified electrode and its application for le vofloxacin determination in pharmaceuticals. Sensors and Actuators B: Chemical, 2012. 174. P. 202–209. doi:10.1016/j.snb.2012.08.010. 44. Chen T.-S., Huang K.-L., & Chen J.-L. An Electrochemical Approach to Simultaneous Determination of Acetaminophen and Oflo xacin. Bulletin of Environmental Contami- nation and Toxicology, 2012. 89(6). P. 1284– 1288. doi:10.1007/s00128-012-0833-2. 45. Li J., Shao Y., Yin W., & Zhang Y. A strategy for improving the sensitivity of molecularly im- printed electrochemical sensors based on ca talytic copper deposition. Analytica Chimica Acta, 2014. 817. P. 17–22. doi:10.1016/j.aca.2014.02.003. 46. L. Li, W. Zhao, L. Luo, X. Liu, X. Bi, J. Li, P. Jiang and T. You, Electroanal., 2021, in press. 47. J. Dang, H. Cui, X. Li and J. Zhang, Anal. Sci., 2019. 35. P. 979. 48. Song J., Huang M., Jiang N., Zheng S., Mu T., Meng L., Chen G. Ultrasensitive detection of amoxicillin by TiO2-g-C3N4@AuNPs impedi- metric aptasensor: Fabrication, optimization, and mechanism. Journal of Hazardous Mate- rials, 2020. 391. P. 122024. doi:10.1016/j.jhazmat.2020.122024. 49. Muthaiah A., Subbarayan S., Chen S. M., Chen T.-W., & Zheng X.-H. Facile synthesis of ul- trathin NiSnO3 nanoparticles for enhanced electrochemical detection of antibiotic drug in water bodies and biological samples. New Journal of Chemistry, 2020. doi:10.1039/d0nj01375g. 50. Salihu S., Yusof N. A., Mohammad F., Abdul- lah J., & Al-Lohedan H. A. Nickel Nanoparti- cle-Modified Electrode for the Electrochemi cal Sensory Detection of Penicillin G in Bo- vine Milk Samples. Journal of Nanomaterials, 2019. P. 1–11. doi:10.1155/2019/1784154. 51. Khadem M., Faridbod F., Norouzi P., Rahimi Foroushani A., Ganjali M. R., Shahtaheri S. J., & Yarahmadi, R. Modification of Carbon Paste Electrode Based on Molecularly Imprinted Polymer for Electrochemical Determination of Diazinon in Biological and Environmental Samples. Electroanalysis, 2016. 29(3). P. 708– 715. doi:10.1002/elan.201600293. 52. Andreescu S., & Marty J.-L. Twenty years re- search in cholinesterase biosensors: From ba- sic research to practical applications. Biomo- lecular Engineering, 2006. 23(1). P. 1–15. doi:10.1016/j.bioeng.2006.01.001. 53. March G., Nguyen T., & Piro B. Modified Elec- trodes Used for Electrochemical Detection of Metal Ions in Environmental Analysis. Bio- sensors, 2015. 5(2). P. 241–275. doi:10.3390/bios5020241. 54. Evtugyn G. Sensitivity and selectivity of elec- trochemical enzyme sensors for inhibitor de- termination. Talanta, 1998. 46(4). P. 465–484. doi:10.1016/s0039-9140(97)00313-5. 75https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 55. Zhylyak G. A., Dzyadevich S. V., Korpan Y. I., Soldatkin A. P., & El’skaya A. V. Applicati on of urease conductometric biosensor for heavy-metal ion determination. Sensors and Actuators B: Chemical, 1995. 24(1–3). P. 145– 148. doi:10.1016/0925-4005(95)85031-7. 56. Verma N., & Singh M. Biosensors for heavy metals. BioMetals, 2005. 18(2). P. 121–129. doi:10.1007/s10534-004-5787-3. 57. MOHAMMADI H. Copper-modified gold electrode specific for monosaccharide detec- tionUse in amperometric determination of phenylmercury based on invertase enzyme in- hibition. Talanta, 2004. 62(5). P. 951–958. 58. Mohammadi H., Amine A., Cosnier S., & Mousty C. Mercury–enzyme inhibition as- says with an amperometric sucrose biosensor based on a trienzymatic-clay matrix. Analytica Chimica Acta, 2005. 543(1–2). P.143–149. doi:10.1016/j.aca.2005.04.014. 59. Bertocchi P., Ciranni E., Compagnone D., Magearu V., Palleschi G., Pirvutoiu S., & Val- vo L. Flow injection analysis of mercury(II) in pharmaceuticals based on enzyme inhibition and biosensor detection. Journal of Pharmaceu- tical and Biomedical Analysis, 1999. 20(1–2). P. 263–269. doi:10.1016/s0731-7085(99)00032-1. 60. Ilangovan R., Daniel D., Krastanov A., Zacha- riah C., & Elizabeth R. Enzyme based Biosen- sor for Heavy Metal Ions Determination. Bio technology & Biotechnological Equipment, 2006. 20(1). P. 184–189. 61. Ghosh D., Dutta K., Bhattacharyay D., & Sarkar P. Amperometric Detection of Pesticides Using Polymer Electrodes. Environmental Monitor- ing and Assessment, 2006. 119(1–3). P. 481– 489. doi:10.1007/s10661-005-9038-z. 62. Karube I., & Nomura Y. Enzyme sensors for environmental analysis. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 2000. 10(1–3). P. 177– 181. doi:10.1016/s1381-1177(00)00125-9. 63. Pershina K. D., Khodykina M. O., & Kazdobin K. A. Analysis of the activity of immobilized enzyme preparations of black horseradish us- ing electrochemical impedance spectroscopy. Surface Engineering and Applied Electro- chemistry, 2015. 51(6). P. 572–580. doi:10.3103/s1068375515060095. 64. Khodykina M. O., Pershina K. D., Kazdobin K. A., & Trunova E. K. Immobilization of enzyme preparations from Raphanus sativus L. var. ni- ger on natural bentonite and bentonite modi fied by phosphate ions. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2017. 53(2). P. 196–201. doi:10.3103/s1068375517020065. 65. Pershina K. D., Khodykina M. O., Kazdobin K. A., & Shulga S. V. Voltammetric responses of black radish enzyme preparation immobi- lized on kaolin and aerosil. Surface Engineer- ing and Applied Electrochemistry, 2017. 53(6). P. 542–550. doi:10.3103/s1068375517060060. 66. Hosseinpour D., Mohammadi N., & Moradi- an S. A simple method for characterizing the surface properties of polymers. Polymer Test- ing, 2003. 22(7). P. 727–731. doi:10.1016/s0142-9418(02)00143-5. 67. Koncki R., Rudnicka K., & Tymecki Ł. Flow injection system for potentiometric deter- mination of alkaline phosphatase inhibitors. Analytica Chimica Acta, 2006. 577(1). P. 134– 139. doi:10.1016/j.aca.2006.05.100. 68. Satoh I., Tokoro Y., Suzuki K., Yamada Y. Proc. East Asia Conf. Chem. Sens., Fukuoka, Jаpаn, 1993. P. 235–238. 69. Satoh I., & Iijima Y. Multi-ion biosensor with use of a hybrid-enzyme membrane. Sensors and Actuators B: Chemical, 1995. 24(1–3). P.103–106. doi:10.1016/0925-4005(95)85022-8. 70. Kukla A., Kanjuk N., Starodub N., & Shirshov Y. Multienzyme electrochemical sensor array for determination of heavy metal ions. Sensors and Actuators B: Chemical, 1999. 57(1–3). P. 213–218. doi:10.1016/s0925-4005(99)00153-7. 71. Veselova I., Shekhovtsova Т. Visual determi- nation of mercury(II) using horseradish per- 76 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ oxidase polymerized on polyurethane foam. Anal. Chim. Acta, 1999. 392. P. 151–158. 72. Veselova I. A., & Shekhovtsova T. N. Visual determination of lead(II) by inhibition of alkaline phosphatase immobilized on poly urethane foam. Analytica Chimica Acta, 2000. 413(1–2). P. 95–101. doi:10.1016/s0003-2670(00)00719-4. 73. Jeanty G., Ghommidh C., & Marty J. Auto- mated detection of chlorpyrifos and its me- tabolites by a continuous flow system-based enzyme sensor. Analytica Chimica Acta, 2001. 436(1). P. 119–128. doi:10.1016/s0003-2670(01)00898-4. 74. Trojanowicz M., Compagnone D., Gonçales C., Jonca Z., & Palleschi G. Limitations in the Analytical Use of Invertase Inhibition for the Screening of Trace Mercury Content in Envi- ronmental Samples. Analytical Sciences, 2004. 20(6). P. 899–904. doi:10.2116/analsci.20.899. 75. Bagal D., & Karve M. S. Entrapment of plant invertase within novel composite of agarose– guar gum biopolymer membrane. Analytica Chimica Acta, 2006. 555(2). P. 316–321. doi:10.1016/j.aca.2005.09.010. 76. Bagal D. S., Vijayan A., Aiyer R. C., Karekar R. N., & Karve M. S. Fabrication of sucrose biosensor based on single mode planar optical waveguide using co-immobilized plant inver- tase and GOD. Biosensors and Bioelectronics, 2007. 22(12). P. 3072–3079. doi:10.1016/j.bios.2007.01.008 77. Qin F.-X., Jia S.-Y., Wang F.-F., Wu S.-H., Song J., & Liu Y. Hemin@metal–organic fra mework with peroxidase-like activity and its application to glucose detection. Catalysis Sci- ence & Technology, 2013. 3(10). P. 2761. doi:10.1039/c3cy00268c. 78. Ai L., Li L., Zhang C., Fu J., & Jiang J. MIL- 53(Fe): A Metal-Organic Framework with In- trinsic Peroxidase-Like Catalytic Activity for Colorimetric Biosensing. Chemistry - A Euro- pean Journal, 2013. 19(45). P. 15105–15108. doi:10.1002/chem.201303051. 79. Zhang J.-W., Zhang H.-T., Du Z.-Y., Wang X., Yu S.-H., & Jiang H.-L. Water-stable metal– organic frameworks with intrinsic peroxi- dase-like catalytic activity as a colorimetric biosensing platform. Chem. Commun., 2014. 50(9). P.1092–1094. doi:10.1039/c3cc48398c. 80. Zhao M., Ou S., & Wu C.-D. Porous Metal– Organic Frameworks for Heterogeneous Bio- mimetic Catalysis. Accounts of Chemical Re- search, 2014. 47(4). P.1199–1207. doi:10.1021/ar400265x. 81. Gangu K. K., Maddila S., Mukkamala S. B., &Jonnalagadda S. B. A review on contempo- rary metal–organic framework materials. In- organica Chimica Acta, 2016. 446. P. 61–74. 82. Chen Y., Hoang T., & Ma S. Biomimetic Ca- talysis of a Porous Iron-Based Metal–Metal- loporphyrin Framework. Inorganic Chemis- try, 2012. 51(23). P. 12600–12602. doi:10.1021/ic301923x. 83. Zhang M. W., Gu Z. Y., Bosch M., Perry Z., Zhou H. C. Coord. Chem. Rev. 2015, 293−294. P. 327−3564. 84. Gao W.-Y., Chrzanowski M., & Ma S. Metal– metalloporphyrin frameworks: a resurging class of functional materials. Chem. Soc. Rev., 2014. 43(16). P. 5841–5866. doi:10.1039/c4cs00001c. 85. Lee D. H., Kim S., Hyun M. Y., Hong J.-Y., Huh S., Kim C., & Lee S. J. Controlled growth of narrowly dispersed nanosize hexagonal MOF rods from Mn(iii)–porphyrin and In- (NO3)3 and their application in olefin oxi dation. Chemical Communications, 2012. 48(44). P. 5512. doi:10.1039/c2cc31075a. 86. Feng D., Chung W.-C., Wei Z., Gu Z.-Y., Jiang H.-L., Chen Y.-P., Zhou H.-C. Construction of Ultrastable Porphyrin Zr Metal–Organ- ic Frameworks through Linker Elimination. Journal of the American Chemical Society, 2013. 135(45). P.17105–17110. doi:10.1021/ja408084j. 87. Ling P., Lei J., Zhang L., & Ju H. Porphyrin-En- capsulated Metal–Organic Frameworks as 77https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 Mimetic Catalysts for Electrochemical DNA Sensing via Allosteric Switch of Hairpin DNA. Analytical Chemistry, 2015. 87(7). P. 3957– 3963. doi:10.1021/acs.analchem.5b00001. 88. Ling P., Lei J., & Ju H. Porphyrinic metal-or- ganic framework as electrochemical probe for DNA sensing via triple-helix molecular switch. Biosensors and Bioelectronics, 2015. 71. P. 373–379. doi:10.1016/j.bios.2015.04.046. 89. Cui L., Wu J., Li J., & Ju H. Electrochemi- cal Sensor for Lead Cation Sensitized with a DNA Functionalized Porphyrinic Metal– Organic Framework. Analytical Chemistry, 2015. 87(20). P.10635–10641. doi:10.1021/acs.analchem.5b03287. 90. Anantharaj S., Karthick K., & Kundu S. Evo- lution of layered double hydroxides (LDH) as high performance water oxidation electroca talysts: A review with insights on structure, ac- tivity and mechanism. Materials Today Ener gy, 2017. 6. P.1–26. doi:10.1016/j.mtener.2017.07.016. 91. Pershina E., Karpushin N., Kazdobin K. Alu- minosilicate Conductivity at the Presence of Water. Surface Engineering and Applied Elec- trochemistry, 2010. 4(46). P. 339–347. 92. Auerbach S.M., Carrado K.A., Dutta P.K. Hand- book of Layered Materials, CRC Press, 2004. 93. Hofmeister W., & Platen H. V. Crystal Chemis- try and Atomic Order in Brucite-related Dou- ble-layer Structures. Crystallography Reviews, 1992. 3(1). P. 3–26. doi:10.1080/08893119208032964. 94. Vyatkina O.V., Pershina E.D., & Kazdobyn K.A. The nature of acid-base and catalytic ac- tivity of montmorillonite in an aqueous medi- um. Ukrainian chemistry journal, 2006. P. 19– 24 (in Russian). 95. Sajid M., Basheer С. Layered double hydroxi des: emerging sorbent materials for analytical extractions, TrAC Trends Anal. Chem., 2016. 75. P. 174–182. doi:10.1016/j.trac.2015.06.010. 96. S. He Z. An, M. Wei, D.G. Evans, X. Duan. Layered double hydroxide-based catalysts: na- nostructure design and catalytic performance, Chem. Commun., 2013. 49. P. 5912. 97. E. N. Kalali, X. Wang, D.-Y. Wang, Functiona lized layered double hydroxide-based epoxy nanocomposites with improved flame retar- dancy and mechanical properties, J. Mater. Chem. A., 2015. P. 6819–6826. doi:10.1039/C5TA00010F. 98. I. Nicotera K., Angjeli L., Coppola A., Enotiad- is R., Pedicini A., Carbone D. Gournis, Com- posite polymer electrolyte membranes based on Mg–Al layered double hydroxide (LDH) platelets for H2/air-fed fuel cells, Solid State Ionics, 2015. 276. P. 40–46. 99. L. Li, W. Gu, J. Chen, W. Chen, Z.P. Xu, Co-de- livery of siRNAs and anti-cancer drugs using layered double hydroxide nanoparticles, Bio- materials, 2014. 35. P. 3331–3339. 100. C. Li, M. Wei, D.G. Evans, X. Duan, Lay- ered double hydroxide-based nanomaterials as highly efficient catalysts and adsorbents, Small, 2014. 10. P. 4469–4486, doi:10.1002/smll.201401464. Sajid М. Porous membrane protected mi- cro-solid-phase extraction: a review of fea- tures, advancements and applications, Anal. Chim. Acta, 2017. 965. P. 36–53. doi:10.1016/j.aca.2017.02.023. 101. M. Sajid, C. Basheer, M. Daud, A. Alsharaa, Evaluation of layered double hydroxide/ graphene hybrid as a sorbent in mem- brane-protected stir-bar supported micro solid-phase extraction for determination of organochlorine pesticides in urine samples, J. Chromatogr. A 2017 (1489). P. 1–8. doi:10.1016/j.chroma. 2017.01.089. 102. Q. Wang, D. O’Hare, Recent advances in the synthesis and application of layered double hy- droxide (LDH) nanosheets, Chem. Rev., 2012. 112. P.4124–4155. doi:10.1021/cr200434c. 103. C. Mousty, V. Prévot, Hybrid and biohybrid lay- ered double hydroxides for electrochemical ana lysis, Anal. Bioanal. Chem. 2013. 405. P. 3513– 3523. doi:10.1007/s00216-013-6797-1. 78 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ 104. D. Tonelli, E. Scavetta, M. Giorgetti, Laye red-double-hydroxide-modified electrodes: electroanalytical applications, Anal. Bioanal. Chem., 2013. 405. P. 603–614. doi:10.1007/s00216-012-6586-2. 105. T. Zhan, X. Wang, X. Li, Y. Song, W. Hou, Chemical hemoglobin immobilized in exfoli- ated Co 2 Al LDH-graphene nanocomposite film: direct electrochemistry and electrocata lysis toward trichloroacetic acid, Sens. Actua- tors B. Chem., 2016. 228. P. 101–108, doi:10.1016/j.snb.2015.12.095. 106. Y. Xu, X. Liu, Y. Ding, L. Luo, Y. Wang, Y. Zhang, Y. Xu, Preparation and electrochemi- cal investigation of a nano-structured material Ni 2 + /MgFe layered double hydroxide as a glucose biosensor, Appl. Clay Sci., 2011. 52. P. 322–327. doi:10.1016/j.clay.2011.03.011. 107. Song, W., Yin, W., Zhang, Z., He, P., Yang, X., & Zhang, X. A DNA functionalized porphy- rinic metal-organic framework as a peroxidase mimicking catalyst for amperometric determi- nation of the activity of T4 polynucleotide ki- nase. Microchimica Acta, 2019. 186(3). doi:10.1007/s00604-019-3269-0. 108. Baig, N., & Sajid, M. Applications of layered double hydroxides based electrochemical sen- sors for determination of environmental pol- lutants: A review. Trends in Environmental Analytical Chemistry, 2017. 16. P. 1–15. doi:10.1016/j.teac.2017.10.003. 109. A. Inayat, M. Klumpp, W. Schwieger, The urea method for the direct synthesis of ZnAl layered double hydroxides with nitrate as the interlay- er anion, Appl. Clay Sci., 2011. 51. P. 452–459. doi:10.1016/j.clay.2011.01.008. 110. U. Costantino, F. Marmottini, M. Nocchetti, R. Vivani, New synthetic routes to hydrotal- cite-like compounds – characterisation and properties of the obtained materials, Eur. J. In- org. Chem., 1998. 143. P.1439–1446. 111. R.-X. Xu, X.-Y. Yu, C. Gao, J.-H. Liu, R.G. Compton, X.-J. Huang, Enhancing selectivity in stripping voltammetry by different adsorp- tion behaviors: the use of nanostructured Mg– Al-layered double hydroxides to detect Cd(ii), Analyst, 2013.138. P. 1812. doi:10.1039/c3an36271j. 112. X. Kong, X. Rao, J. Han, M. Wei, X. Duan, Layer-by-layer assembly of bi-protein/ layered double hydroxide ultrathin film and its elec- trocatalytic behavior for catechol, Biosens. Bioelectron., 2010. 26. P. 549–554. 113. J. Bin Han, J. Lu, M. Wei, L. Wang, X. Duan, Heterogeneous ultrathin films fabricated by alternate assembly of exfoliated layered double hydroxides and polyanion, Chem. Commun., 2008. P. 5188–5190. doi:10.1039/b807479h. 114. X. Chen, C. Fu, Y. Wang, W. Yang, D.G. Evans, Direct electrochemistry and electrocatalysis based on a film of horseradish peroxidase in- tercalated into Ni-Al layered double hydroxide nanosheets, Biosens. Bioelectron, 2008. 24. P. 356–361. doi:10.1016/j.bios.2008.04.007. 115. K.-H. Goh, T.-T. Lim, Z. Dong, Application of layered double hydroxides for removal of oxy anions: a review, Water Res., 2008. 42. P. 1343– 1368. doi:10. 1016/j.watres.2007.10.043. 116. M. Ogawa, S. Asai, Hydrothermal synthesis of layered double hydroxide – deoxycholate in- tercalation, Chem. Mater., 2000. 12. P. 3253– 3255. 117. J. Dong, Q. Fang, H. He, Y. Zhang, J. Xu, Y. Sun, Electrochemical sensor based on EDTA intercalated into layered double hydroxides of magnesium and aluminum for ultra trace level detection of lead (II), Microchim. Acta, 2015.182. P. 653–659. doi:10.1007/s00604-014-1369-4. 118. K. Asadpour-Zeynali, R. Amini, A novel vol tammetric sensor for mercury(II) based on mercaptocarboxylic acid intercalated layered double hydroxide nanoparticles modified electrode, Sens. Actuators B Chem., 2017. 246. P. 961–968. doi:10.1016/j.snb.2017.02.141. 119. F.L. Theiss, G.A. Ayoko, R.L. Frost, Applied surface science synthesis of layered double hydroxides containing Mg 2+, Zn 2+, Ca 2+ 79https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 and Al 3+ layer cations by co-precipitation methods – a review, Appl. Surf. Sci., 2016. 383. P. 200–213. doi:10.1016/j.apsusc.2016.04.150. 120. Y. Wang, Z. Wang, Y. Rui, M. Li, Horseradish peroxidase immobilization on carbon nano- dots/CoFe layered double hydroxides: direct electrochemistry and hydrogen peroxide sens- ing, Biosens. Bioelectron., 2015. 64. P. 57–62. doi:10. 1016/j.bios.2014.08.054. 121. H. Yin, L. Cui, S. Ai, H. Fan, L. Zhu, Electro- chemical determination of bisphenol A at Mg- Al-CO3 layered double hydroxide modified glassy carbon electrode, Electrochim. Acta, 2010. 55. P. 60610. doi:10.1016/j.electacta.2009. 09.020. 122. J. Wang, L. Cui, H. Yin, J. Dong, S. Ai, De- termination of hydrogen peroxide based on calcined layered double hydroxide-modified glassy carbon electrode in flavored beverages, J. Solid State Electrochem., 2012. 16. P. 1545– 1550. doi:10. 1007/s10008-011-1551-0. 123. A. Khenifi, Z. Derriche, C. Forano, V. Prevot, C. Mousty, E. Scavetta, B. Ballarin, L. Guadag- nini, D. Tonelli, Glyphosate and glufosinate detection at electrogenerated NiAl-LDH thin films, Anal. Chim. Acta, 2009. 654. P. 97–102. doi:10. 1016/j.aca.2009.09.023. 124. T. Zhan, Y. Song, X. Li, W. Hou, Electroche mical sensor for bisphenol A based on ionic liquid functionalized Zn-Al layered double hydroxide modified electrode, Mater. Sci. Eng., 2016. 64. P. 354–361. doi:10.1016/j.msec.2016.03.093. 125. S.-S. Li, M. Jiang, T.-J. Jiang, J.-H. Liu, Z. Guo, X.-J. Huang, Competitive adsorption behavior toward metal ions on nano-Fe/Mg/Ni ternary layered double hydroxide proved by XPS: ev- idence of selective and sensitive detection of Pb(II), J. Hazard. Mater. 2017. 338. P.1–10. 126. M. Li, F. Ni, Y. Wang, S. Xu, D. Zhang, L. Wang, LDH modified electrode for sensitive and fa cile determination of iodate, Appl. Clay Sci., 2009. 46. P. 396–400. doi:10.1016/j.clay.2009.10.003. 127. Z. Yang W.W. Tjiu W. Fan, T. Liu. Electrodepo siting Ag nanodendrites on layered double hydroxides modified glassy carbon electrode: novel hierarchical structure for hydrogen per- oxide detection, Electrochim. Acta, 2013. 90. P. 400–407. doi:10.1016/j.electacta.2012.12.038. 128. Asif M., Liu H., Aziz A., Wang H., Z. Wang Z., Ajmal M., Xiao F., Liu H. Core-shell iron oxide-layered double hydroxide: high elec- trochemical sensing performance of H2O2 biomarker in live cancer cells with plasma therapeutics, Biosens. Bioelectron., 2017. 97. P. 352–359. 129. Gong J., Wang L., Miao X., Zhang L. Efficient stripping voltammetric detection of organo- phosphate pesticides using NanoPt interca- lated Ni/Al layered double hydroxides as sol- id-phase extraction, Electrochem. Commun., 2010. 12. P. 1658–1666. 130. Liang H., Miao X., Gong J. One-step fabrica- tion of layered double hydroxides/ graphene hybrid as solid-phase extraction for stripping voltammetric detection of methyl parathion, Electrochem. Commun., 2012. 20. P. 149–152. 131. Scavetta E., Mignani A., Prandstraller D., Tonelli D. Electrosynthesis of thin films of Ni, Al hydrotalcite like compounds, Chem. Ma- ter., 2007. 19. P. 4523–4529. 132. Bagal-Kestwal D., Karve M. S., Kakade B., & Pillai V. K. Invertase inhibition based elec- trochemical sensor for the detection of heavy metal ions in aqueous system: Application of ultra-microelectrode to enhance sucrose bio sensor’s sensitivity. Biosensors and Bioelec- tronics, 2008. 24(4). P. 657–664. doi:10.1016/j.bios.2008.06.027. REFERENCES 1. He Q., Miller E. W., Wong A. P., & Chang C. J. A Selective Fluorescent Sensor for Detecting Lead in Living Cells. Journal of the American Chemical Society. 2006. 128(29): 9316–9317. 2. Lu Y., Li X., Wang G. K., Tang, W. Biosens. Bio- 80 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ electron. 2013. 39: 231−235. 3. Schneider E., Clark D. S. Cytochrome P450 (CYP) enzymes and the development of CYP biosensors. Biosensors and Bioelectronics. 2013. 39(1):1–13. doi:10.1016/j.bios.2012.05.043. 4. Durkalec M., Szkoda J., Kolacz R., Opalin- ski S., Nawrocka A., Zmudzki J. Bioaccumu- lation of lead, cadmium and mercury in roe deer and wild boars from areas with different levels of toxic metal pollution. Int. J. Environ. Res. 2015. 9: 205–212. 5. Evans E.H., Day J.A., Palmer C.D., Price W.J., Smith C.M.M., Tyson J.F. Atomic spectrome- try update. Advances in atomic emission, ab- sorption, and fluorescence spectrometry, and related techniques. J. Anal. At. Spectrom. 2005. 20: 562–590. 6. Montes-Bayon M., DeNicola K., Caruso J.A. Liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry. J. Chromatogr. A. 2003. 1000: 457–476. 7. Zhang Y., Adeloju S.B. Coupling of non-selec- tive adsorption with selective elution for novel in-line separation and detection of cadmium by vapour generation atomic absorption spec- trometry. Talanta. 2015. 137: 148–155. 8. Harrington C.F., Clough R., Drennan-Harris L.R., Hill S.J., Tyson J.F. Atomic spectrometry update. Elemental speciation. J. Anal. At. Spec- trom. 2011. 26: 1561–1595. 9. Asher S.A., Sharma A.C., Goponenko A.V., Ward M.M. Photonic crystal aqueous metal cation sensing materials. Anal. Chem. 2003. 75: 1676–1683. 10. Arunbabu D., Sannigrahi A., Jana T. Photon- ic crystal hydrogel material for the sensing of toxic mercury ions (Hg2+) in water. Soft Matter. 2011. 7: 2592–2599. 11. Hong W., Li W., Hu X., Zhao B., Zhang F., Zhang D. Highly sensitive colorimetric sens- ing for heavy metal ions by strong polyelectro- lyte photonic hydrogels. J. Mater. Chem. 2011. 21: 17193–17201. 12. Zhang J.T., Cai Z., Kwak D.H., Liu H., Asher S.A. 2D Photonic Crystal Protein Hydrogel Coulometer for Sensing Serum Albumin Li- gand Binding. Anal. Chem. 2014. 86: 4840– 4847. 13. Yanagisawa H., Kurita R., Kamata T., Yoshio- ka K., Katod., Iwasawa A. Effect of the sp2/sp3 Ratio in a Hybrid Nanocarbon Thin Film Elec- trode for Anodic Stripping Voltammetry Fab- ricated by Unbalanced Magnetron Sputtering Equipment. Analytical Sciences. 2015. 31(7): 635–641. doi:10.2116/analsci.31.635. 14. Sengupta P., Pramanik K., Sarkar P. Simul- taneous detection of trace Pb(II), Cd(II) and Hg(II) by anodic stripping analyses with glassy carbon electrode modified by solid phase synthesized iron-aluminate nano parti- cles. Sensors and Actuators B: Chemical. 2020. 129052. doi:10.1016/j.snb.2020.129052 15. Dalavoy T.S., Wernette D.P., Gong M., Swee- dler J.V., Lu Y., Flachsbart B.R.,Cropek D.M. Immobilization of DNAzyme catalytic bea- cons on PMMA for Pb2+ detection. Lab Chip. 2008. 8: 786–793. 16. Wang H.-B., Wang L., Huang K.-J., Xu S.-P., Wang H.-Q., Wang L.-L., Liu Y.-M. A high- ly sensitive and selective biosensing strategy for the detection of Pb2+ ions based on GR-5 DNAzyme functionalized AuNPs. New Jour- nal of Chemistry. 2013. 37(8): 2557. doi:10.1039/c3nj00328k. 17. Lan T., Furuya K., Lu Y. A highly selective lead sensor based on a classic lead DNAzyme. Chemical Communications. 2010. 46(22): 3896. doi:10.1039/b926910j. 18. Zhuang J., Fu L., Xu M., Zhou Q., Chen G., Tang D. DNAzyme-Based Magneto-Con- trolled Electronic Switch for Picomolar Detec- tion of Lead (II) Coupling with DNA-Based Hybridization Chain Reaction. Biosens. Bio electron. 2013. 45: 52–57. doi:10.1016/j.bios.2013.01.039. 19. Zhu X., Lin Z.Y., Chen L.F., Qiu B., Chen G.A. A sensitive and specific electrochemi- luminescent sensor for lead based on DNA- 81https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 zyme. Chem. Commun. 2009: 6050–6052. doi: 10.1039/b911191c. 20. Wang Y., Irudayaraj J. A SERS DNAzyme bio- sensor for lead ion detection. Chemical Com- munications. 2011. 47(15): 4394−4396. doi:10.1039/c0cc04140h. 21. Liu J., Lu Y. A Colorimetric Lead Biosensor Using DNAzyme-Directed Assembly of Gold Nanoparticles. Journal of the American Chemi- cal Society. 2003. 125(22): 6642–6643. doi:10.1021/ja034775u. 22. Wei H., Li B., Li J., Dong S., Wang, E. DNA- zyme-based colorimetric sensing of lead (Pb2+) using unmodified gold nanoparticle probes. Nanotechnology. 2008. 19(9): 1–5. doi:10.1088/0957-4484/19/9/095501. 23. Shen L., Chen Z., Li Y., He S., Xie S., Xu X. Electrochemical DNAzyme Sensor for Lead Based on Amplification of DNA−Au Bio-Bar Codes. Analytical Chemistry. 2008. 80(16): 6323–6328. doi:10.1021/ac800601y. 24. Yang X., Xu J., TangX., Liu H., Tian D. A novel electrochemical DNAzyme sensor for the am- plified detection of Pb2+ ions. Chemical Com- munications. 2010. 46(18): 3107. doi:10.1039/c002137g. 25. Tang S.R., Tong P., Li H., Tang J., Zhang L. Ul- trasensitive electrochemical detection of Pb2+ based on rolling circle amplification and quan- tum dots tagging. Biosens. Bioelectron. 2013. 42: 608–611. doi: 10.1016/j.bios.2012.10.073. 26. Zhang P., Wu X., Yuan R., Chai Y. An “Off–On” Electrochemiluminescent Biosensor Based on DNAzyme-Assisted Target Recycling and Rolling Circle Amplifications for Ultrasensi- tive Detection of microRNA. Analytical Chem- istry. 2015. 87(6): 3202–3207. doi:10.1021/ac504455z. 27. Pelossof G., Tel-Vered R., Willner I. Amplified Surface Plasmon Resonance and Electrochemi cal Detection of Pb2+ Ions Using the Pb2+-De- pendent DNAzyme and Hemin/G-Quadru- plex as a Label. Analytical Chemistry. 2012. 84(8): 3703–3709. doi:10.1021/ac3002269. 28. Li F., Yang L., Chen M., Qian Y., Tang B. A novel and versatile sensing platform based on HRP-mimicking DNAzyme-catalyzed tem plate-guided deposition of polyaniline. Biosen- sors and Bioelectronics. 2013. 41: 903–906. doi:10.1016/j.bios.2012.09.048. 29. Wulff G. Enzyme-like Catalysis by Molecularly Imprinted Polymers. Chemical Reviews. 2002. 102(1): 1–28. doi:10.1021/cr980039a. 30. Wei H., Wang E. Nanomaterials with en- zyme-like characteristics (nanozymes): next- generation artificial enzymes. Chemical Socie- ty Reviews. 2013.42(14): 6060. doi:10.1039/c3cs35486e. 31. Liu T., Xue Q., Jia J., Liu F., Zou S., Tang R. New insights into the effect of pH on the mecha- nism of ofloxacin electrochemical detection in aqueous solution. Physical Chemistry Chemi- cal Physics. 2019. 21. 16282–16287. doi:10.1039/c9cp03486b. 32. Liu Y., Xue Q., Chang C., Wang R., Liu Z., He L. Recent progress regarding electrochemical sensors for the detection of typical pollutants in water environments. Analytical Sciences. 2022. 38(1): 55–70. doi: 10.2116/analsci.21SAR12. 33. Zhou G., Pan J. Polarographic and voltammet- ric behaviour of ofloxacin and its analytical ap- plication. Analytica Chimica Acta.1995. 307(1): 49–53. doi:10.1016/0003-2670(95)00028-x. 34. Reddy G. Estimation of cephalosporin antibi- otics by differential pulse polarography. Talan- ta.1997. 44(4): 627–631. doi:10.1016/s0039-9140(96)02081-4. 35. Rizk M. Differential pulse polarographic de- termination of ofloxacin in pharmaceuticals and biological fluids. Talanta.1998. 46(1): 83– 89. doi:10.1016/s0039-9140(97)00249-x. 36. Niwa О., Ohta S-, Takahashi S., Zhang Z., Kamata T. Hybrid Carbon Film Electrodes for Electroanalysis. Analytical Science. 2021. 1: 37–47. doi:10.2116/analsci.20SAR15. 37. Feng L., Xue Q., Liu F., Cao Q., Feng J., Yang L., Zhang F. Voltammetric determination of oflox- acin by using a laser-modified carbon glassy 82 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ electrode. Microchimica Acta. 2020. 187(1): 1–8. doi:10.1007/s00604-019-4065-6. 38. Chen T., Liu Y., Lu J., Xing J., Li J., Liu T., Xue Q. Highly efficient detection of ciprofloxacin in water using a nitrogen-doped carbon elec- trode fabricated through plasma modification. New Journal of Chemistry. 2019. doi:10.1039/c9nj03511g. 39. Ueda A., Kato D., Kurita R., Kamata T., In- okuchi H., Umemura S., Niwa O. Efficient Direct Electron Transfer with Enzyme on a Nanostructured Carbon Film Fabricated with a Maskless Top-Down UV/Ozone Process. Journal of the American Chemical Society. 2011. 133(13): 4840–4846. doi:10.1021/ja108614d. 40. Xue Q., Kato D., KamataT., Guo Q., You T., Niwa O. Improved Direct Electrochemistry for Proteins Adsorbed on a UV/Ozone-Treat- ed Carbon Nanofiber Electrode. Analytical Sciences. 2013. 29(6): 611–618. doi:10.2116/analsci.29.611. 41. Xue Q., Kato D., Kamata T., Guo Q., You T., Niwa O. Human cytochrome P450 3A4 and a carbon nanofiber modified film electrode as a platform for the simple evaluation of drug me- tabolism and inhibition reactions. The Analyst. 2013. 138(21): 6463. doi:10.1039/c3an01313h. 42. Zhu Y., Li C., Wang L., Chen M., Yu J., LiuQ., Chen, X. Differential Pulse Voltammetry De- termination of Ofloxacin in Human Serum and Urine Based on a Novel Tryptophan‐graphene Oxide‐Carbon Nanotube Electrochemical Sensor. Electroanalysis. 2019. 31: 1446. doi:10.1002/elan.201900036. 43. Wen W., Zhao D.-M., Zhang X.-H., Xiong H.-Y., Wang S.-F., Chen W., Zhao Y.-D. One- step fabrication of poly(o-aminophenol)/mul- ti-walled carbon nanotubes composite film modified electrode and its application for levo floxacin determination in pharmaceuticals. Sensors and Actuators B: Chemical.2012. 174: 202–209. doi:10.1016/j.snb.2012.08.010. 44. Chen T.-S., Huang K.-L., Chen J.-L. An Elec- trochemical Approach to Simultaneous Deter- mination of Acetaminophen and Ofloxacin. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology.2012. 89(6): 1284–1288. doi:10.1007/s00128-012-0833-2. 45. Li J., Shao Y., Yin W., Zhang Y. A strategy for improving the sensitivity of molecularly im- printed electrochemical sensors based on ca talytic copper deposition. Analytica Chimica Acta. 2014. 817. 17–22. doi:10.1016/j.aca.2014.02.003. Li L., Zhao W., Luo L., Liu X., Bi X., Li J., Jiang P., You T. Electroanal. 2021. in press. 46. Dang J., Cui H., Li X., Zhang J. Anal. Sci. 2019. 35: 979. 47. Song J., Huang M., Jiang N., Zheng S., Mu T., Meng L.,Chen G. Ultrasensitive detection of amoxicillin by TiO2-g-C3N4@AuNPs impedi- metric aptasensor: Fabrication, optimization, and mechanism. Journal of Hazardous Materi- als. 2020. 391: 122024. doi:10.1016/j.jhazmat.2020.122024. 48. Muthaiah A., Subbarayan S., Chen S. M., Chen T.-W., Zheng X.-H. Facile synthesis of ultrathin NiSnO3 nanoparticles for enhanced electrochemical detection of antibiotic drug in water bodies and biological samples. New Journal of Chemistry. 2020. doi:10.1039/d0nj01375g. 49. Salihu S., Yusof N. A., Mohammad F., Abdul- lah J., Al-Lohedan H. A. Nickel Nanoparti- cle-Modified Electrode for the Electrochemi cal Sensory Detection of Penicillin G in Bo- vine Milk Samples. Journal of Nanomaterials. 2019. 1–11. doi:10.1155/2019/1784154. 50. Khadem M., Faridbod F., Norouzi P., Rahimi Foroushani A., Ganjali M. R., Shahtaheri S. J., Yarahmadi R. Modification of Carbon Paste Electrode Based on Molecularly Imprinted Polymer for Electrochemical Determination of Diazinon in Biological and Environmental Samples. Electroanalysis.2016. 29(3): 708–715. doi:10.1002/elan.201600293. 51. Andreescu S., Marty J.-L. Twenty years re- 83https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 search in cholinesterase biosensors: From ba- sic research to practical applications. Biomo- lecular Engineering. 2006. 23(1): 1–15. doi:10.1016/j.bioeng.2006.01.001. 52. March G., Nguyen T., Piro B. Modified Elec- trodes Used for Electrochemical Detection of Metal Ions in Environmental Analysis. Biosen- sors. 2015. 5(2): 241–275. doi:10.3390/bios5020241. 53. Evtugyn G. Sensitivity and selectivity of elec- trochemical enzyme sensors for inhibitor de- termination. Talanta. 1998. 46(4): 465–484. doi:10.1016/s0039-9140(97)00313-5. 54. Zhylyak G. A., Dzyadevich S. V., Korpan Y. I., Soldatkin A. P., El’skaya A. V. Application of urease conductometric biosensor for heavy- metal ion determination. Sensors and Actuators B: Chemical. 1995. 24(1–3): 145–148. doi:10.1016/0925-4005(95)85031-7. 55. Verma N., Singh M. Biosensors for heavy me tals. BioMetals. 2005. 18(2): 121–129. doi:10.1007/s10534-004-5787-3. 56. Mohammadi H. Copper-modified gold elec- trode specific for monosaccharide detection Use in amperometric determination of phe nylmercury based on invertase enzyme inhi- bition. Talanta. 2004. 62(5): 951–958. 57. Mohammadi H., Amine A., Cosnier S., Mousty C. Mercury–enzyme inhibition as- says with an amperometric sucrose biosensor based on a trienzymatic-clay matrix. Analytica Chimica Acta. 2005. 543(1–2): 143–149. doi:10.1016/j.aca.2005.04.014. 58. Bertocchi P., Ciranni E., Compagnone D., Magearu V., Palleschi G., Pirvutoiu S., Valvo, L. Flow injection analysis of mercury(II) in phar- maceuticals based on enzyme inhibition and biosensor detection. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 1999. 20(1–2): 263– 269. doi:10.1016/s0731-7085(99)00032-1. 59. Ilangovan R., Daniel D., Krastanov A., Zacha riah C., Elizabeth, R. Enzyme based Biosen- sor for Heavy Metal Ions Determination. Biotechnology & Biotechnological Equipment. 2006. 20(1): 184–189. 60. Ghosh D., Dutta K., Bhattacharyay D., Sa kar P. Amperometric Detection of Pesticides Using Polymer Electrodes. Environmental Monitoring and Assessment. 2006. 119(1–3): 481–489. doi:10.1007/s10661-005-9038-z. 61. Karube I., & Nomura Y. Enzyme sensors for environmental analysis. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic. 2000. 10(1–3): 177– 181. doi:10.1016/s1381-1177(00)00125-9. 62. Pershina K. D., Khodykina M. O., Kazdobin K. A. Analysis of the activity of immobilized en- zyme preparations of black horseradish using electrochemical impedance spectroscopy. Sur- face Engineering and Applied Electrochemistry. 2015. 51(6): 572–580. doi:10.3103/s1068375515060095. 63. Khodykina M. O., Pershina K. D., Kazdobin K. A., Trunova E. K. Immobilization of en- zyme preparations from Raphanus sativus L. var. niger on natural bentonite and bentonite modified by phosphate ions. Surface Engineer- ing and Applied Electrochemistry. 2017. 53(2): 196–201. doi:10.3103/s1068375517020065. 64. Pershina K. D., Khodykina M. O., Kazdobin K. A., Shulga, S. V. Voltammetric responses of black radish enzyme preparation immobi- lized on kaolin and aerosil. Surface Engineer- ing and Applied Electrochemistry.2017. 53(6): 542–550. doi:10.3103/s1068375517060060. 65. Hosseinpour D., Mohammadi N., Moradi- an S. A simple method for characterizing the surface properties of polymers. Polymer Test- ing.2003. 22(7): 727–731. doi:10.1016/s0142-9418(02)00143-5. 66. Koncki R., Rudnicka K., Tymecki Ł. Flow in- jection system for potentiometric determina- tion of alkaline phosphatase inhibitors. Ana- lytica Chimica Acta.2006. 577(1): 134–139. doi:10.1016/j.aca.2006.05.100. 67. Satoh I., TokoroY., Suzuki K., Yamada Y., Proc. East Asia Conf. Chem. Sens. 1993. 235–238. 68. Satoh I., Iijima Y. Multi-ion biosensor with use of a hybrid-enzyme membrane. Sensors and 84 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ Actuators B: Chemical. 1995. 24(1–3): 103–106. doi:10.1016/0925-4005(95)85022-8. 69. Kukla A., Kanjuk N., Starodub N., Shirshov Y. Multienzyme electrochemical sensor array for determination of heavy metal ions. Sen- sors and Actuators B: Chemical. 1999. 57(1–3): 213–218. doi:10.1016/s0925-4005(99)00153-7. 70. Veselova I. T. Shekhovtsova. Visual determi- nation of mercury(II) using horseradish per- oxidase polymerized on polyurethane foam. Anal. Chim. Acta. 1999. 392:151–158. 71. Veselova I. A., Shekhovtsova T. N. Visual de- termination of lead(II) by inhibition of alkaline phosphatase immobilized on polyurethane foam. Analytica Chimica Acta. 2000. 413(1–2): 95–101. doi:10.1016/s0003-2670(00)00719-4. 72. Jeanty G., Ghommidh C., Marty, J. Automated detection of chlorpyrifos and its metabolites by a continuous flow system-based enzyme sensor. Analytica Chimica Acta. 2001. 436(1): 119–128. doi:10.1016/s0003-2670(01)00898-4. 73. Trojanowicz M., Compagnone D., Gonçales C., Jonca Z., Palleschi G. Limitations in the Analytical Use of Invertase Inhibition for the Screening of Trace Mercury Content in Envi- ronmental Samples. Analytical Sciences. 2004. 20(6): 899–904. doi:10.2116/analsci.20.899. 74. Bagal D., Karve M. S. Entrapment of plant invertase within novel composite of agarose– guar gum biopolymer membrane. Analytica Chimica Acta. 2006. 555(2): 316–321. doi:10.1016/j.aca.2005.09.010. 75. Bagal D. S., Vijayan A., Aiyer R. C., Karekar R. N., Karve M. S. Fabrication of sucrose bio sensor based on single mode planar optical waveguide using co-immobilized plant inver- tase and GOD. Biosensors and Bioelectronics. 2007. 22(12): 3072–3079. doi:10.1016/j.bios.2007.01.008 76. Qin F.-X., Jia S.-Y., Wang F.-F., Wu S.-H., Song J., Liu Y. Hemin@metal–organic frame- work with peroxidase-like activity and its ap- plication to glucose detection. Catalysis Sci- ence & Technology. 2013. 3(10): 2761. doi:10.1039/c3cy00268c. 77. Ai L., Li L., Zhang C., Fu J., Jiang J. MIL-53(Fe): A Metal-Organic Framework with Intrinsic Peroxidase-Like Catalytic Activity for Colo rimetric Biosensing. Chemistry – A European Journal. 2013. 19(45): 15105–15108. doi:10.1002/chem.201303051. 78. Zhang J.-W., Zhang H.-T., Du Z.-Y., Wang X., Yu S.-H., Jiang H.-L. Water-stable metal–orga nic frameworks with intrinsic peroxidase-like catalytic activity as a colorimetric biosensing platform. Chem. Commun.2014. 50(9): 1092– 1094. doi:10.1039/c3cc48398c. 79. Zhao M., Ou S., Wu C.-D. Porous Metal–Or- ganic Frameworks for Heterogeneous Bio- mimetic Catalysis. Accounts of Chemical Re- search. 2014. 47(4): 1199–1207. doi:10.1021/ar400265x. 80. GanguK. K., MaddilaS., MukkamalaS. B., Jon- nalagaddaS. B. A review on contemporary metal–organic framework materials. Inorga nica Chimica Acta. 2016. 446: 61–74. 81. Chen Y., Hoang T., Ma S. Biomimetic Cata lysis of a Porous Iron-Based Metal–Metal- loporphyrin Framework. Inorganic Chemistry. 2012. 51(23): 12600–12602. doi:10.1021/ic301923x. 82. Zhang M. W., Gu Z. Y., Bosch M., Perry Z., Zhou H. C. Coord. Chem. Rev. 2015. 293−294: 327−3564. 83. Gao W.-Y., Chrzanowski M., Ma S. Metal– metalloporphyrin frameworks: a resurg- ing class of functional materials. Chem. Soc. Rev.2014. 43(16): 5841–5866. doi:10.1039/c4cs00001c. 84. Lee D. H., Kim S., Hyun M. Y., Hong J.-Y., Huh S., Kim C., Lee, S. J. Controlled growth of narrowly dispersed nanosize hexagonal MOF rods from Mn(iii)–porphyrin and In- (NO3)3 and their application in olefin oxida- tion. Chemical Communications. 2012. 48(44): 5512. doi:10.1039/c2cc31075a. 85https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 85. Feng D., Chung W.-C., Wei Z., Gu Z.-Y., Jiang H.-L., Chen Y.-P., Zhou H.-C. Construction of Ultrastable Porphyrin Zr Metal–Organic Frameworks through Linker Elimination. Journal of the American Chemical Society. 2013. 135(45): 17105–17110. doi:10.1021/ja408084j. 86. Ling P., Lei J., Zhang L., Ju H. Porphyrin-En- capsulated Metal–Organic Frameworks as Mimetic Catalysts for Electrochemical DNA Sensing via Allosteric Switch of Hairpin DNA. Analytical Chemistry. 2015. 87(7): 3957–3963. doi:10.1021/acs.analchem.5b00001. 87. Ling P., Lei J., Ju H. Porphyrinic metal-organic framework as electrochemical probe for DNA sensing via triple-helix molecular switch. Bio- sensors and Bioelectronics. 2015. 71. 373–379. doi:10.1016/j.bios.2015.04.046. 88. Cui L., Wu J., Li J., Ju H. Electrochemical Sensor for Lead Cation Sensitized with a DNA Func- tionalized Porphyrinic Metal–Organic Frame- work. Analytical Chemistry. 2015. 87(20): 10635–10641. doi:10.1021/acs.analchem.5b03287. 89. Anantharaj S., Karthick K., Kundu S. Evolu- tion of layered double hydroxides (LDH) as high performance water oxidation electroca talysts: A review with insights on structure, ac- tivity and mechanism. Materials Today Energy. 2017. 6: 1–26. doi:10.1016/j.mtener.2017.07.016. 90. PershinaE., Karpushin N., Kazdobin K. Alu- minosilicate Conductivity at the Presence of Water. Surface Engineering and Applied Elec- trochemistry. 2010. 4(46): 339–347. 91. Auerbach S.M., Carrado K.A., Dutta P.K. Handbook of Layered Materials. CRC Press, 2004. 92. Hofmeister W., Platen, H. V. Crystal Chemis- try and Atomic Order in Brucite-related Dou- ble-layer Structures. Crystallography Reviews. 1992. 3(1): 3–26. doi:10.1080/08893119208032964. 93. Vyatkina O. V., Pershina E. D., Kazdobyn K. A. The nature of acid-base and catalytic activi- ty of montmorillonite in an aqueous medium. Ukrainian chemistry journal. 2006. 19–24 (in Russian). 94. Sajid M., Basheer C. Layered double hydroxi des: emerging sorbent materials for analy tical extractions, TrAC Trends. Anal. Chem. 2016.75. 174–182. doi:10.1016/j.trac.2015.06.010. 95. He S., An Z., Wei M., Evans D.G, Duan X. La yered double hydroxide-based catalysts: nano- structure design and catalytic performance, Chem. Commun. 2013. 49. 5912. 96. Kalali E.N., Wang X., Wang D.-Y. Functionali zed layered double hydroxide-based epoxy na- nocomposites with improved flame retardancy and mechanical properties. J. Mater. Chem. A. 2015. 6819–6826. doi:10.1039/C5TA00010F. 97. Nicotera I., Angjeli K., Coppola L., Enoti- adis A., Pedicini R., Carbone A., Gournis D. Composite polymer electrolyte membranes based on Mg–Al layered double hydroxide (LDH) platelets for H2/air-fed fuel cells. Solid State Ionics. 2015. 276: 40–46. 98. Li L., Gu W., Chen J., Chen W. Co-delivery of siRNAs and anti-cancer drugs using layered double hydroxide nanoparticles. Biomaterials. 2014. 35: 3331–3339. 99. Li C., Wei M., Evans D.G., Duan X. Laye red double hydroxide-based nanomaterials as highly efficient catalysts and adsorbents. Small. 2014. 10: 4469–4486. doi:10.1002/smll.201401464. 100. Sajid M. Porous membrane protected mi- cro-solid-phase extraction: a review of fea- tures, advancements and applications. Anal. Chim. Acta. 2017. 965: 36–53. doi:10.1016/j.aca.2017.02.023. 101. Sajid M., Basheer C., Daud M., A. Alsharaa A. Evaluation of layered double hydroxi de/graphene hybrid as a sorbent in mem- brane-protected stir-bar supported micro solid-phase extraction for determination of organochlorine pesticides in urine samples. J. 86 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ БІОСЕНСОРИ КОНТРОЛЮ ВМІСТУ СВИНЦЮ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ОГЛЯДФІЗИЧНА ХІМІЯ Chromatogr. 2017. 1489. 1–8. doi:10.1016/j.chroma. 2017.01.089. 102. Wang Q., O’Hare D. Recent advances in the synthesis and application of layered double hydroxide (LDH) nanosheets. Chem. Rev. 2012. 112: 4124–4155. doi:10.1021/cr200434c. 103. Mousty C., Prévot V. Hybrid and biohybrid layered double hydroxides for electrochemi- cal analysis.Anal. Bioanal. Chem. 2013. 405: 3513–3523. doi:10.1007/s00216-013-6797-1. 104. Tonelli D., Scavetta E.,Giorgetti M. Lay- ered-double-hydroxide-modified electrodes: electroanalytical applications. Anal. Bioanal. Chem. 2013. 405: 603–614. doi:10.1007/s00216-012-6586-2. 105. ZhanT., WangX., Li X., Song Y., Hou W. Che mical hemoglobin immobilized in exfoliated Co 2 Al LDH-graphene nanocomposite film: direct electrochemistry and electrocatalysis toward trichloroacetic acid. Sens. Actuators B. Chem. 2016. 228: 101–108. doi:10.1016/j.snb.2015.12.095. 106. Xu Y., Liu X., Ding Y., Luo L., Wang Y., Zhang Y. Preparation and electrochemical investi- gation of a nano-structured material Ni2 + / MgFe layered double hydroxide as a glucose biosensor. Appl. Clay Sci. 2011. 52: 322–327. doi:10.1016/j.clay.2011.03.011. 107. Song W., Yin W., Zhang Z., He P., Yang X., Zhang X. A DNA functionalized porphyrin- ic metal-organic framework as a peroxidase mimicking catalyst for amperometric deter- mination of the activity of T4 polynucleotide kinase. Microchimica Acta. 2019. 186(3): 1–8. doi:10.1007/s00604-019-3269-0. 108. Baig N., Sajid M. Applications of layered dou- ble hydroxides based electrochemical sensors for determination of environmental pollu tants: A review. Trends in Environmental Ana- lytical Chemistry. 2017. 16: 1–15. doi:10.1016/j.teac.2017.10.003. 109. Inayat A., Klumpp M., Schwieger W. The urea method for the direct synthesis of ZnAl layered double hydroxides with nitrate as the interlay- er anion. Appl. Clay Sci. 2011. 51: 452–459. doi:10.1016/j.clay.2011.01.008. 110. Costantino U., Marmottini F., Nocchetti M., Vivani R. New synthetic routes to hydrotal- cite-like compounds – characterisation and properties of the obtained materials. Eur. J. In- org. Chem. 1998. 143: 1439–1446. 111. Xu R.-X., Yu X.-Y., Gao C., Liu J.-H, Comp- ton R.G., Huang X.-J. Enhancing selectivity in stripping voltammetry by different adsorption behaviors: the use of nanostructured Mg– Al-layered double hydroxides to detect Cd(II). Analyst. 2013.138: 1812. doi:10.1039/c3an36271j. 112. Kong X., Rao X., Han J., Wei M., Duan X. Lay- er-by-layer assembly of bi-protein/ layered double hydroxide ultrathin film and its elec- trocatalytic behavior for catechol. Biosens. Bio- electron. 2010. 26. 549–554. 113. Bin Han J., Lu J., Wei M., Wang L., Duan X. Heterogeneous ultrathin films fabricated by alternate assembly of exfoliated layered double hydroxides and polyanion. Chem. Commun. 2008. 5188–5190. doi:10.1039/b807479h. 114. Chen X., Fu C., Wang Y., Yang W., Evans D.G. Direct electrochemistry and electrocatalysis based on a film of horseradish peroxidase in- tercalated into Ni-Al layered double hydroxi de nanosheets. Biosens. Bioelectron. 2008. 24: 356–361. doi:10.1016/j.bios.2008.04.007. 115. Goh K.-H., Lim T.-T., Dong Z. Application of layered double hydroxides for removal of oxy anions: a review. Water Res. 2008.42: 1343– 1368. doi:10. 1016/j.watres.2007.10.043. 116. Ogawa M., Asai S., Hydrothermal synthesis of layered double hydroxide – deoxycholate in- tercalation. Chem. Mater. 2000.12: 3253–3255. 117. Dong J., Fang Q., He H., Zhang Y., Xu J. Elec- trochemical sensor based on EDTA intercalat- ed into layered double hydroxides of magnesi- um and aluminum for ultra trace level detec- tion of lead (II). Microchim. Acta. 2015.182: 653–659. doi:10.1007/s00604-014-1369-4. 118. Asadpour-Zeynali K., Amini R. A novel vol 87https://ucj.org.ua Є. С. Плетенець, Л. С. Зінько УХЖ № 11 / ТОМ 88 tammetric sensor for mercury(II) based on mercaptocarboxylic acid intercalated laye red double hydroxide nanoparticles modified electrode.Sens. Actuators B Chem. 2017. 246: 961–968. doi:10.1016/j.snb.2017.02.141. 119. Theiss F.L., Ayoko G.A., Frost R.L. Applied sur- face science synthesis of layered double hyd roxides containing Mg2+, Zn 2+, Ca2+ and Al 3+ layer cations by co-precipitation methods – a review. Appl. Surf. Sci.2016. 383: 200–213. doi:10.1016/j.apsusc.2016.04.150. 120. Wang Y., Wang Z., Rui Y., Li M. Horseradish peroxidase immobilization on carbon nano dots/CoFe layered double hydroxides: direct electrochemistry and hydrogen peroxide sens- ing. Biosens. Bioelectron. 015. 64: 57–62. doi:10. 1016/j.bios.2014.08.054. 121. Yin H., Cui L., Ai S., Fan H., Zhu L. Electro- chemical determination of bisphenol A at Mg-Al-CO3 layered double hydroxide modi- fied glassy carbon electrode. Electrochim. Acta. 2010. 55: 603–610. doi:10.1016/j.electacta.2009. 09.020. 122. Wang J., Cui L., Yin H., Dong J., Ai S. De- termination of hydrogen peroxide based on calcined layered double hydroxide-modified glassy carbon electrode in flavored beverages. J. Solid State Electrochem. 2012.16: 1545–1550. doi:10. 1007/s10008-011-1551-0. 123. Khenifi A., Derriche Z., Forano C., Prevot V., Mousty C., Scavetta E., Ballarin B. Glyphosate and glufosinate detection at electrogenerated NiAl-LDH thin films. Anal. Chim. Acta. 2009. 654: 97–102. doi:10. 1016/j.aca.2009.09.023. 124. Zhan T., Song Y., Li X., Hou W. Electrochemi- cal sensor for bisphenol A based on ionic liquid functionalized Zn-Al layered double hydroxi de modified electrode. Mater. Sci. Eng. 2016. 64: 354–361. doi:10.1016/j.msec.2016.03.093. 125. LiS.-S., Jiang M., Jiang T.-J., Liu J.-H., Guo Z., Huang X.-J. Competitive adsorption behavior toward metal ions on nano-Fe/Mg/Ni ternary layered double hydroxide proved by XPS: evi dence of selective and sensitive detection of Pb(II). J. Hazard. Mater. 2017. 338: 1–10. 126. Li M., Ni F., Wang Y., Xu S., Zhang D., Wang L. LDH modified electrode for sensitive and facile determination of iodate. Appl. Clay Sci. 2009. 46: 396–400. doi:10.1016/j.clay.2009.10.003. 127. Yang Z., Tjiu W.W., Fan W., Liu T. Electrode positing Ag nanodendrites on layered double hydroxides modified glassy carbon electrode: novel hierarchical structure for hydrogen per- oxide detection. Electrochim. Acta. 2013. 90: 400–407. doi:10.1016/j.electacta.2012.12.038. 128. Asif M., Liu H., Aziz A., Wang H., Wang Z., Ajmal M., Xiao F. Core-shell iron oxide-la yered double hydroxide: high electrochemical sensing performance of H2O2 biomarker in live cancer cells with plasma therapeutics. Bio- sens. Bioelectron. 2017. 97. 352–359. 129. Gong J., Wang L., Miao X., Zhang L. Efficient stripping voltammetric detection of organo- phosphate pesticides using NanoPt intercalat- ed Ni/Al layered double hydroxides as solid- phase extraction. Electrochem. Commun. 2010. 12: 1658–1666. 130. Liang H., Miao X., Gong J. One-step fabrica- tion of layered double hydroxides/ graphene hybrid as solid-phase extraction for stripping voltammetric detection of methyl parathion. Electrochem. Commun. 2012. 20: 149–152. 131. Scavetta E., Mignani A., Prandstraller D., Tonelli D. Electrosynthesis of thin films of Ni, Al hydrotalcite like compounds.Chem. Mater. 2007. 19: 4523–4529. 132. Bagal-Kestwal D., Karve M. S., Kakade B., & Pillai V. K. Invertase inhibition based elec- trochemical sensor for the detection of heavy metal ions in aqueous system: Application of ultra-microelectrode to enhance sucrose bio- sensor’s sensitivity. Biosensors and Bioelectro nics. 2008. 24(4): 657–664. doi:10.1016/j.bios.2008.06.027. Стаття надійшла 21.11.2022.
id	oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-496
institution	Ukrainian Chemistry Journal
keywords_txt_mv	keywords
language	English
last_indexed	2026-07-23T01:09:12Z
publishDate	2022
publisher	V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
record_format	ojs
resource_txt_mv	ucjorgua/b2/b98979bf4cf79c88009f1b3c240b5cb2.pdf
spelling	oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-4962026-07-22T08:23:50Z ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR CONTROL OF LEAD CONTENT IN THE ENVIRONMENT. A REVIEW Zinko, Lionel Pletenets, Yelyzaveta electrochemical biosensors, lead, modification, metal-organic frameworks, layered double hydroxides. The review presents different types of biosensors and their principles of operation that are currently used to detect heavy metals and lead. Biosensors are considered highly sensitive, specific, accurate, inexpensive and effective tools for the preliminary detection of one or more metals in sources of mixed pollution, especially in wastewater. The use of functional nanomaterials based on metal-organic frameworks and layered hydroxides allowed to miniaturize the design of biosensors and significantly improve their applicability for on-site analysis of target samples, which reduces the probability of any changes in the samples during transport to the laboratory. Also, these materials have long-term stability, improve the signal and response speed of electrochemical biosensors, and also increase their sensitivity and selectivity. An overview of the methods of manufacturing the active component of multilayer electrochemical sensors was conducted. The main methods of obtaining stable and sensitive to lead ions electrochemical systems are noted.Sensors and biosensors are powerful tools for accurate qualitative and quantitative analysis of a specific analyte and integration of biotechnology, microelectronics, and nanotechnology to fabricate miniaturized devices without loss of sensitivity, specificity, and control accuracy. The characteristic properties of biomolecule carriers significantly affect the sensitivity and selectivity of the device. The impact of carriers based on metal-organic frameworks and layered hydroxides on increasing the efficiency of modern lead biosensors due to the implementation of the enzyme inhibition mechanism was considered, and the methods of manufacturing the active component of multilayer electrochemical sensors were also reviewed. The perspective of using the coprecipitation method and the ion exchange method to obtain stable and sensitive lead ion electrochemical systems was noted. Thus, electrochemical biosensors can be considered as one of the most widely developed biosensors for the detection of lead ions, in which the presence of direct electron transfer from the recognition center to the electrode reduces the probability of unnecessary interference, which significantly increases their sensitivity and selectivity and enables the development of devices for in-mode monitoring real-time. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2022-12-23 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/496 10.33609/2708-129X.88.11.2022.55-87 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 88 No. 11 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 55-87 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 88 ##issue.no## 11 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 55-87 Український хімічний журнал; Том 88 № 11 (2022): Український хімічний журнал; 55-87 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/496/256 Copyright (c) 2022 Lionel Zinko, Yelyzaveta Pletenets https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0
spellingShingle	Zinko, Lionel Pletenets, Yelyzaveta ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR CONTROL OF LEAD CONTENT IN THE ENVIRONMENT. A REVIEW
title	ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR CONTROL OF LEAD CONTENT IN THE ENVIRONMENT. A REVIEW
title_full	ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR CONTROL OF LEAD CONTENT IN THE ENVIRONMENT. A REVIEW
title_fullStr	ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR CONTROL OF LEAD CONTENT IN THE ENVIRONMENT. A REVIEW
title_full_unstemmed	ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR CONTROL OF LEAD CONTENT IN THE ENVIRONMENT. A REVIEW
title_short	ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR CONTROL OF LEAD CONTENT IN THE ENVIRONMENT. A REVIEW
title_sort	electrochemical biosensors for control of lead content in the environment. a review
topic_facet	electrochemical biosensors lead modification metal-organic frameworks layered double hydroxides.
url	https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/496
work_keys_str_mv	AT zinkolionel electrochemicalbiosensorsforcontrolofleadcontentintheenvironmentareview AT pletenetsyelyzaveta electrochemicalbiosensorsforcontrolofleadcontentintheenvironmentareview

ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR CONT­ROL OF LEAD CONTENT IN THE ENVIRONMENT. A REVIEW

Репозитарії

Схожі ресурси

ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR CONTROL OF LEAD CONTENT IN THE ENVIRONMENT. A REVIEW