La investigación matemática del rendimiento de los biosensores enzimáticos electroquímicos basados en polímeros conductores

The mathematical investigation of the work of enzyme biosensors based on conductive polymers

El rendimiento de los biosensores electroquímicos basados en polímeros conductores (CP), modificados por los fragmentos de enzimas, fue descrito matemáticamente en los modos potenciostático y potenciodinámico de voltaje constante. Los modelos matemáticos se analizaron mediante la teoría de la estabilidad lineal y el análisis de bifurcación. Las condiciones de estabilidad en estado estacionario se dedujeron utilizando los requisitos de estabilidad en estado estacionario para sistemas bidimensionales (para el modo potenciostático) y utilizando el criterio de Routh-Hurwitz (para el modo potenciodinámico de tensión constante). Las causas de las oscilaciones electroquímicas, que son posibles durante el funcionamiento del sensor, son: la influencia de la oxidación electroquímica de los reductores fuertes, que se forman durante la reacción específica entre el polímero y el analito, en la doble capa y también la formación de la forma menos conductora del polímero (para el modo potenciodinámico). Si la detección tiene lugar mediante reacciones autocatalíticas, éstas también son responsables del comportamiento oscilante del proceso.

Introducción

Los polímeros conductores se han investigado intensamente durante las últimas cuatro décadas, en vista de las posibilidades de su aplicación en diversos ámbitos. Una de las aplicaciones más importantes de los compuestos heterocíclicos es la fabricación de sensores electroquímicos y biosensores capaces de determinar diferentes sustancias.

Los polímeros conductores pueden utilizarse como parte de los sensores electroquímicos porque son fácilmente modificables y, por tanto, es relativamente fácil incorporar un grupo funcional, capaz de reaccionar específicamente con el analito. Además, la señal analítica que proporcionan es fácilmente interpretable. En la mayoría de los casos, pueden regenerarse.

Sin embargo, se pueden observar inestabilidades electroquímicas (la inestabilidad oscilatoria y (o) monótona) durante la respuesta del sensor [1-8]. Para poder predecir su posibilidad y el mecanismo de su aparición, necesitamos crear un modelo matemático, que sea capaz de describir el funcionamiento de este sensor e investigarlo, haciéndonos más partícipes del proceso.

Ya hemos hecho un intento de describir el rendimiento de este sensor en modo galvanostático [4], así como los biosensores de otros tipos de rendimiento [6-8]. El objetivo de este trabajo, por tanto, es describir matemáticamente en los modos potenciostático y potenciodinámico (manteniendo la tensión constante) el rendimiento de este sensor.