The underpotential deposition of silver and lead on Au(111) is performed sequentially to produce a thin composite layer. Ag was deposited underpotentially in 1 mM $Ag_2SO_4$ and 0.1 M $H_2SO_4$ at 0.400 V and 0.005 V vs Ag wire. Cyclic Voltammetry (CV) on this Ag/Au(111) electrode in $Pb^{2+}$ electrolyte with 0.1 M $HClO_4$ exhibited contributions of both Au and Ag substrates and in-situ STM images show unusual multilayer morphology of Pb upd on Ag/Au(111). CV demonstrated the stability and existence of Ag adlayer in $Pb^{2+}$ electrolyte. In the presence of sodium nitrate, this composite system shows the catalytic effect for nitrate reduction which is not observed in Au(111), Ag/Au(111), Pb/Au(111), Ag(111) and Pb/Ag(111) alone. All results demonstrate that the Ag-Pb/Au(111) composite system has the enhanced catalytic effect for nitrate reduction.
We demonstrate the amplified detection of a target DNA based on the enzymatic deposition of silver. In this method, the target DNA and a biotinylated detection DNA probe hybridize to a capture DNA probe tethered onto a gold electrode. Neutravidin-conjugated alkaline phosphatase (Av-ALP) binds to the biotin of the detection probe on the electrode surface and converts the nonelectroactive substrate of the enzyme, p-aminophenyl phosphate (p-APP), into the reducing agent, p-aminophenol (p-AP). The latter, in turn, reduces metal ions in solutions leading to deposition of the metal onto the electrode surface and DNA backbone. This process, which we term biometallization, leads to a great enhancement in signal due to the accumulation of metallic silver by a catalytically generated enzyme product, and thus the electrochemical amplification of a biochemically amplified signal. The anodic stripping current of enzymatically deposited silver provides a measure of the extent of hybridization of the target oligomers. This biometallization process is highly sensitive, detecting as little as 100 aM (10 zmol) of DNA. We also successfully applied this method to the sequence-selective discrimination between perfectly matched and mismatched target oligonucleotides including a single-base mismatched target.
Underpotential deposition (upd) 방법을 순차적으로 사용하여 나노수준의 얇은 은-납 금속복합 박막을 금(111)표면위에 만들수 있었다. 먼저 1 mM의 황산은과 0.1 M의 황산 수용액에서 금(111)전극에 은선(Ag wire)에 대해 전압을 가하여 단원자층 이하의 박막을 만들었다. 만들어진 은/금(111)전극을 1 mM 산화납과 0.1 M 염소산수용액에 담그고 순환전압전류법 (cyclic voltammetry)을 사용하여 특성을 관찰했을 때 금전극과 은전극의 특성이 동시에 나타나는 것을 알 수 있었다. 주사터널링현미경을 통하여 납 원자층이 음/금(111) 전극에 증착되는 과정을 실시간으로 관찰하였을 때, 널리 알려진 다른 upd실험이 한층의 금속박막을 보여주는 것과는 달리 다층구조로 증착되는 현상이 관찰되었다. 한편 CV를 통해서, 순차적 upd방법 동안에 은박막이 안정함을 확인할 수 있었다. 이렇게 제조된 은과 납의 금 표면위의 나노수준의 박막은 질산염의 전기환원반응에 특이한 촉매작용을 한다는 사실이 CV실험을 통해서 확인되었다. 질산염의 전기환원에 대한 촉매작용을 하는 근원을 찾기위해서 가능한 6가지 경우 (금, 은/금(111), 은, 납/은(111), 납/금(111), 은-납/금(111))를 대조실험으로 선택하여 CV와 Griess반응으로 반응물의 생성을 확인했을 때 은-납/금(111)만이 특이한 전기환원 촉매작용을 한다는 사실이 밝혀졌다. 이런 사실들로부터 은-납/금(111)와 같은 나노수준의 금속복합박막은 벌크성질과는 다른 매우 다른 촉매특성을 가질수 있음을 밝힐 수 있었다.
이러한 금속박막을 이용해서 생체분자의 전기분석도 높은 감도로 할 수 있음을 보였다. 높은 감도를 이루기 위해 은(silver)이 효소를 촉매로 하여 전극표면에 증착하는 원리를 이용하였다. DNA를 분석하기 위해 먼저 금전극위에 분석될 물질과 상보적으로 결합할수 있는 DNA조각을 고정화시켰다. 이 전극에 분석물질을 혼성화시키고 표지 물질인 효소를 결합하기 위한 biotin이 결합된 신호 DNA조각과도 혼성화시켰다. 분석물질에 상보적인 DNA조각이 있는 경우 각 혼성화 과정후에 표면에 biotin이 고정화되게 되고, 표지 효소작용을 하는 alkaline phosphatse와 결합된 avidin단백질을 넣게 되면 상보적인 DNA조각이 있어 고정된 biotin분자에 avidin단백질이 특이 결합을 한다. 이 전극을 은 이온과 함께 alkaline phosphatese의 효소기질중 하나인 p-aminophenyl phosphate (p-APP)가 포함된 용액에 담그면 효소반응에 의해 p-APP가 p-aminophenol로 바뀌게 되고 이 물질은 환원제로 작용하여 은이 전극표면과 DNA가닥에 증착되게 된다. 이러한 효소 촉매를 사용한 금속증착을 ‘생금속증착’ 현상이라고 이름붙였다. 생금속증착을 전기분석에 사용하는 것은 효소반응의 반응물이 전극표면에 쌓이게 됨으로 전기화학적 신호가 매우 커져서 S/N비를 높일수 있는 장점이 있었다. 생금속증착을 통해 증착된 금속을 음극벗김분석법을 통해 측정하면 전류값이 분석물질에 있는 상보적 DNA조각의 농도를 나타냄을 알수 있었다. 이 방법으로 분석했을 때 한계검출량은 100 aM (10 zmol)로 매우 뛰어난 것을 알수 있었으며, 1개의 염기 서열만 다른 DNA조각도 훌륭히 판독할 수 있었다.
