We developed a novel electrochemical method to detect phenol using the ferrocenyl-tethered dendrimer and enzyme, tyrosinase. Here, we use the ferrocenyl-tehered dendrimer as a building unit and electron transfer mediator. Fc-D provides an efficient binding site for immobilizing enzyme onto the electrode, and acts as an electrocatalyst to shuttle electrons between the electroactive products generated by enzymatic reaction and the Au electrode.
We use the enzyme, tyrosinase, to oxidize phenol to catechol, which in turn is oxidized to o-quinone. According to the cyclic voltammetry, we observe that the oxidation peak current is increased as phenol concentration is increased in the phosphate buffer solution. To enhance the sensitivity, we constructed a multilayer assembly of tyrosinase and Fc-D on the Au electrode step by step.
Our novel method may be useful as the electrochemical detection method for phenol in the environments and it seems that the enzyme electrode sensitivity directly controllable, and the multilayer-forming strategy with partial ferrocenyl-tethered dendrimer is useful for the fabrication of biosensor.
페놀은 나일론과 같은 인공섬유를 제조하는 중간물질로서, 그리고 원유를 정제하는 solvent등에 많이 이용되고 있어 산업적으로 매우 중요한 물질인 반면, 독성이 강하고 호흡기나 피부, 소화기관을 통하여 쉽게 인체에 흡수될 수가 있어서 오랜 시간 동안 허용치 이상 흡수 되었을 때 사람의 폐와 간, 신장, 그리고 배뇨기관에 치명적인 피해를 줄 수 있는 유독한 물질이므로 수질에서 페놀의 농도를 측정하는 것은 매우 중요하다
이와 같이 유독성 물질인 페놀의 농도는 여러 가지 방법으로 측정할 수 있지만, 전기화학적 방법에 의한 측정이 훨씬 더 경제적이고 정확하며 신속하게 농도를 측정할 수 있다.
본 연구에서는 Au 전극에 효소인 tyrosinase와 전자전달 매개체인 페로센-덴드리머를 고정한 후에 전기화학적 방법을 이용하여 페놀을 측정할 수 있는 전극을 만들었다.
페놀을 카테콜로 산화시키는 효소인 tyrosiase와 부분적으로 아민기가 치환된 페로센-덴드리머를 이용하여 이를 금 전극에 고정 시키고, 효소가 페놀을 산화시킬 때 나오는 전자를 페로센이 전자전달 매개체가 되어 전자를 전극에 전달할 수 있어 훨씬 낮은 전압에서 산화-환원 반응에 의한 수질에서 페놀의 존재 여부를 측정할 수 있다.
이를 위해서 먼저 금 전극 위에 MDA와 MUO를 이용해 자기 조립 단분자 층을 형성하고, 이 위에 부분적으로 페로센이 치환된 덴드리머와 효소를 EDC/NHS coupling을 이용하여 고정하였다.
금 전극 위에 페로센이 부분적으로 치환된 덴드리머를 고정한 후에 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry, CV)을 사용하여 scan rate을 증가시킴에 따라 peak current가 이에 선형적으로 비례해서 증가하는 것을 확인하였고, 이 페로센-덴드리머 전극에 tyrosinase라는 효소를 고정한 후에 원자 힘 현미경법(Atomic Force Microscopy, AFM)과 표면 플라즈몬 공명 분광법(Surface Plasmon Resonance spectroscopy, SPR)을 이용하여 확인하였다.
또한 페로센-덴드리머만 고정되어 있는 전극과 페로센-덴드리머에 tyrosinase가 고정되어 있는 전극을 비교 실험한 결과, 후자의 경우에만 용액 중에 페놀이 있을 때 페놀과 반응 하여 CV 상에서 oxidation peak current가 증가하는 것을 알 수 있었고, 페로센이 없는 전극은 tyrosinase의 존재 여부와 상관없이 CV 상에서 어떠한 산화-환원 peak도 나타나지 않는 것을 알 수 있었다.
마지막으로, 이러한 페로센-덴드리머와 효소를 전극 위에 단분자 층이 아닌 다분자 층으로 쌓았을 경우, 쌓는 층수에 비례해서 산화-환원 반응이 증가하는 것을 알 수 있었으며 이는 곧 여러 층으로 쌓았을 경우 더 좋은 센서를 만들 수 있다는 가능성을 제시한 것이라고 할 수 있다.
