Prerequisites for Development of Electrochemical Planar Sensor Based on RGO–PPD–SiW Composite for Determining Isoniazid Content in Biological Liquids

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A new redox-active composite material based on reduced graphene oxide (RGO), poly-o-phenylenediamine (PPD), and silicotungstic acid (SiW) is studied. The SEM data showed an abrupt decrease in the content of oxygen atoms in the composite as compared to pure graphene oxide (GO). This is associated with its reduction to RGO in the course of RGO–PPD–SiW synthesis. A combination of RGO conductivity and redox catalysis due to the electroactive components (PPD and SiW) enables one to develop various sensors by applying RGO–PPD–SiW onto planar electrodes (screen-printed carbon electrodes, SPCE). In this work, the possibility of developing a sensor for the content of antituberculous antibiotic isoniazid (isonicotinic acid hydrazide C6H7N3O, INAH) is studied. Using the CVA method, it is shown that the concentration dependence of isoniazid oxidation current is linear. The electrocatalytic behavior of the composite during the isoniazid oxidation is also supported by the impedance spectroscopy.

About the authors

E. Yu. Pisarevskaya

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: elena_pisarevska@bk.ru
Moscow, Russia

A. L. Klyuev

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: elena_pisarevska@bk.ru
Moscow, Russia

O. N. Efimov

Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: elena_pisarevska@bk.ru
Chernogolovka, Russia

A. V. Shapagin

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: elena_pisarevska@bk.ru
Moscow, Russia

V. N. Andreev

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: elena_pisarevska@bk.ru
Moscow, Russia

References

  1. Simões, F.R. and Xavier, M.G., Electrochemical Sensors, In: Nanoscience and its Applications, 2017, ISBN 978-0-323-49780-0.
  2. Bobacka, J., Electrochemical sensors for real-world applications, J.Solid State Electrochem., 2020, vol. 24, p. 2039. https://doi.org/10.1007/s10008-020-04700-4
  3. Murthy, H.C.A., Kelele, K.G., Ravikumar, C.R., Nagaswarupa, H.P., Tadesse, A., and Desalegn, T., Graphene-supported nanomaterials as electrochemical sensors: A mini review, Results in Chem., 2021, vol. 3, p. 100131. https://doi.org/10.1016/j.rechem.2021.100131
  4. Roy, S., Soin, N., Bajpai, R., Misra, D.S., McLaughlin, J.A., and Roy, S.S., Graphene oxide for electrochemical sensing applications, J. Mater. Chem., 2011, vol. 21, p. 14725. https://doi.org/10.1039/C1JM12028J
  5. Shiri, S., Pajouheshpoor, N., Khoshsafar, H., Amidi, S., and Bagheri, H., An electrochemical sensor for the simultaneous determination of rifampicin and isoniazid using a C-dots@CuFe2O4 nanocomposite modified carbon paste electrode, New J. Chem., 2017, vol. 41, p.15564. https://doi.org/10.1039/C7NJ03029K
  6. Tajik, S., Dourandish, Z., Nejad, F.G., Afshar, A.A., and Beitollahi, H., Voltammetric Determination of Isoniazid in the Presence of Acetaminophen Utilizing MoS2-Nanosheet-Modified Screen-Printed Electrode, Micromachines, 2022, vol. 13, p. 369. https://doi.org/10.3390/mi13030369
  7. Zargar, B., Ghanavatizadeh, Z., and Hatamie, A., Electrochemical Study and Sensing of Isoniazid in Pharmaceutical with Modified Carbon Paste Electrode with Nanoceria Particles as an Effective Catalytic Amplifier, Anal. Bioanal. Electrochem., 2019, vol. 11, p. 727.
  8. Botelho, C.N., Pavão, D.P., Damos, F.S., and Luz Rde C., Photoelectrochemical Sensor for Isoniazid: Application in Drugs Used in the Treatment of Tuberculosis, Electroanalysis, 2021, vol. 33, p. 1936. https://doi.org/10.1002/elan.202100023
  9. Bergamini, M.F., Santos, D.P., and Zanoni, M.V.B., Determination of isoniazid in human urine using screen-printed carbon electrode modified with poly-L-histidine, Bioelectrochemistry, 2010, vol. 77, p. 133. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2009.07.010
  10. Si, X., Jiang, L., Wang X., et al., Determination of Isoniazid on Cysteic acid/Graphene Modified Glassy Carbon Electrode, Anal. Methods, 2015, vol. 7, p. 793. https://doi.org/10.1039/C4AY02013H
  11. Qian, L., Thiruppathi, A.R., Zalm, J., and Chen, A., Graphene Oxide-Based Nanomaterials for the Electrochemical Sensing of Isoniazid, ACS Appl. Nano Mater., 2021, vol. 4, p. 3696. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c00178
  12. Lima, K.C.M.S., Santos, A.C.F., Fernandes, R.N., Damos, F.S., and Luz, R. de C.S., Development of a novel sensor for isoniazid based on 2,3-dichloro-5,6-dicyano-p-benzoquinone and graphene: Application in drug samples utilized in the treatment of tuberculosis, Microchem. J., 2016, vol. 128, p. 226. https://doi.org/10.1016/j.microc.2016.04.024
  13. Pisarevskaya, E.Yu. and Efimov, O.N., Graphene Oxide as a Basis for Molecular Design, Prot. Met. Phys.Chem. Surf., 2019, vol. 55, p. 468. https://doi.org/10.1134%2FS2070205119030213
  14. Pisarevskaya, E.Yu., Klyuev, A.L., Averin, A.A., Gorbunov, A.M., and Efimov, O.N., One-pot electrosynthesis and physicochemical properties of multifunctional material based on graphene oxide, poly-o-phenylenediamine, and silicotungstic acid, J. Solid. State Electrochem., 2020, vol. 25, p. 859. https://doi.org/10.1007/s10008-020-04859-w
  15. Pisarevskaya, E.Yu., Klyuev, A.L., and Efimov, O.N., Comparison of electrochemical behavior of composites based on graphene oxide, poly-o-phenylenediamine, and heteropolyacids, Polym. Adv. Technol., 2022, vol. 34, p.1137. https://doi.org/10.1002/pat.5587
  16. Pisarevskaya, E.Yu., Kolesnichenko, I.I., Averin, A.A., Gorbunov, A.M., and Efimov, O.N., A novel multifunctional composite based on reduced graphene oxide, poly-o-phenylenediamine and silicotungstic acid, Synth. Metals, 2020, vol. 270, p. 116596. https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2020.116596
  17. Lv, Ye., Kong, A., Zhang, H., Yang, W., Chen, Y., Liu, M., Fu, Y., Zhang, J., and Li, W., Electrocatalytic oxidation of toluene into benzaldehyde based on molecular oxygen activation over oxygen vacancy of heteropoly acid, Appl. Surface Sci., 2022, vol. 599, p. 153916. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153916
  18. Zakrzewska, B., Jakubów-Piotrowska, K., Gralec, B., et al, Multifunctional Material Composed of Cesium Salt of Keggin-Type Heteropolytungstate and PtRh/Vulcan Nanoparticles for Electrochemical Oxidation of 2-Propanol in Acidic Medium, Electrocatalysis, 2020, vol. 11, p. 454. https://doi.org/10.1007/s12678-020-00606-x
  19. Yu, S., Zhao, X., Su, G., et al., Synthesis and electrocatalytic performance of a P-Mo-V Keggin heteropolyacid modified Ag@Pt/MWCNTs catalyst for oxygen reduction in proton exchange membrane fuel cell, Ionics, 2019, vol. 25, p. 5141. https://doi.org/10.1007/s11581-019-03090-6
  20. Oliveira, P.R., Oliveira, M.M., Zarbin, A.J.G., Marcolino-Junior, L.H., and Bergamini, M.F., Flow injection amperometric determination of isoniazid using a screen-printed carbon electrode modified with silver hexacyanoferrates nanoparticles, Sensors and Actuators B: Chem., 2012, vol. 171–172, p. 795. https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.05.073
  21. Couto, R.A.S., Lima, J.L.F.C., and Quinaz, M.B., Screen-printed Electrode Based Electrochemical Sensor for the Detection of Isoniazid in Pharmaceutical Formulations and Biological Fluids, Int. J. Electrochem. Sci., 2015, vol. 10, p. 8738.
  22. Hung, Y.F., Cheng, C., Huang, C.K., et al, Investigation of electrochemical reduction effects on graphene oxide powders for high-performance supercapacitors, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2021, vol. 113, p. 1203. https://doi.org/10.1007/s00170-020-06578-y
  23. Писаревская, Е.Ю., Клюев, А.Л., Ефимов, О.Н., Андреев, В.Н. Электрохимическое поведение нового композита на основе восстановленного оксида графена, поли-о-фенилендиамина и кремневольфрамовой кислоты. Электрохимия. 2021. Т. 57. С. 519. [ Pisarevskaya, E.Yu, Klyuev, A.L., Efimov, O.N., and Andreev, V.N., Electrochemical Behavior of Novel Composite Based on Reduced Graphene Oxide, Poly-o-Phenylenediamine, and Silicotungstic Аcid, Russ. J. Electrochem., 2021, vol. 57, p. 921. https://doi.org/10.1134/s1023193521090044]https://doi.org/10.31857/S0424857021090048

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (8KB)
3.

Download (161KB)
4.

Download (118KB)
5.

Download (43KB)
6.

Download (27KB)
7.

Download (2MB)
8.

Download (2MB)
9.

Download (295KB)

Copyright (c) 2023 Е.Ю. Писаревская, А.Л. Клюев, О.Н. Ефимов, А.В. Шапагин, В.Н. Андреев

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».