Электрохимические сенсоры на сахара и гидроксикислоты на основе поли(аминофенилборных кислот) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.02, кандидат наук Никитина, Вита Николаевна

• Никитина, Вита Николаевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Никитина, Вита Николаевна

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава 1. Сенсоры на сахара и гидроксикислоты: синтетические рецепторы на основе борных кислот

1.1 Строение и применение борных кислот

1.2. Равновесие в системе борная кислота-диол

1.3. Гомогенные системы анализа с использованием растворимых производных борных кислот

1.4. Гетерогенные системы анализа с использованием производных борных кислот иммобилизованных на подложке

Глава 2. Проводящие полимеры

2.1. Проводящий полианилин

2.2. Поли(аминофенилборные кислоты)

Глава 3. Полимеры с молекулярными отпечатками

3.1. Полимеры фенилборных кислот с молекулярными отпечатками

Глава 4. Спектроскопия электрохимического импеданса проводящих полимеров

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава 5. Материалы, оборудование, методы

5.1. Материалы

5.2. Оборудование

5.3. Методы

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Глава 6. Электрополимеризация аминофенилборных кислот

6.1. Модификация электродов путем электрополимеризации ж-АФБК

6.2. Спектроскопия электрохимического импеданса электродов модифицированных поли(ж-АФБК)

6.3. Регистрация аналитического сигнала по повышению проводимости поли(ж-АФБК)

6.4. Концентрационные зависимости поли(ж-АФБК) и определение наблюдаемых констант связывания с фруктозой

6.5. Потенциометрическое определение фруктозы с использованием электродов, модифицированных поли(ж-АФБК)

Глава 7. Бесфторидный синтез поли(АФБК)

7.1. Электрополимеризация орто-АФБК

7.2. Спектроскопия электрохимического импеданса поли(о-АФБК)

7.3. Наблюдаемые константы связывания аналитов с поли(о-АФБК)

7.4. Аналитические характеристики сенсоров на основе поли(АФБК)

Глава 8. Поли(АФБК) с молекулярными отпечатками гидроксикислот

8.1 Электрохимический синтез поли(АФБК) с молекулярными отпечатками

8.2. Электрохимическая полимеризация ж-АФБК в присутствии цитрат-иона

8.3. Электрохимическая полимеризация ж-АФБК в присутствии тартрат-иона

8.4. Электрохимическая полимеризация ж-АФБК в присутствии лактат-иона

Глава 9. Применение сенсоров на основе поли(АФБК) для решения аналитических задач

9.1. Применение сенсоров с различной чувствительностью для анализа смеси сахаридов и гидроксикислот

9.2 Неферментативные сенсоры на основе поли(АФБК) с молекулярными отпечатками лактата для определения концентрации лактата в образцах пота

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

м-АФБК - мета-аминофенилборная кислота о-АФБК - орто-аминофенилборная кислота Поли(АФБК) - поли(аминофенилборные кислоты) Поли(м-АФБК)- полимер, полученный из м-АФБК Поли(о-АФБК)- полимер, полученный из о-АФБК

Поли(АФБК)-Т - поли(АФБК), полученная в присутствии тартрат-иона, Поли(АФБК)-Ц - поли(АФБК), полученная в присутствии цитрат-иона, Поли(АФБК)-Л - поли(АФБК), полученная в присутствии лактат-иона, ФБК - фенилборная кислота

МИП - молекулярно импринтированный полимер (полимер с молекулярными отпечатками)

НИП - неимпринтированный полимер (полимер без молекулярных отпечатков)

ЦВА - циклическая вольтамперограмма

ПРЦ - потенциал разомкнутой цепи

СЭХИ - спектроскопия электрохимического импеданса

ХСЭ - хлоридсеребряный электрод

ПО - предел обнаружения,

ДОК - диапазон определяемых концентраций

Кав - константа кислотности фенилборной кислоты

Ка - константа кислотности сахара или гидроксикислоты

Кнабл - наблюдаемая константа связывания

Япз - сопротивление переносу заряда

Сдс - емкость двойного электрического слоя

Яп - объемное сопротивление фонового раствора

'о - диффузионный импеданс при отражающих граничных условиях

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электрохимические сенсоры на сахара и гидроксикислоты на основе поли(аминофенилборных кислот)»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы и степень ее разработанности. Сахара и гидроксикислоты играют важнейшую роль в биологических процессах в природе и являются распространенными аналитами в биохимии, клинической диагностике, контроле качества медицинских препаратов, пищевой промышленности. Определение концентрации ключевых метаболитов, лактата и глюкозы, в физиологических жидкостях позволяет судить о наличии патологических состояний и заболеваний, таких как сахарный диабет, гипоксия тканей, дыхательная недостаточность.

Среди экспрессных, надежных, простых в эксплуатации и не требующих трудоемкой пробоподготовки методов лидирующие позиции занимают электрохимические методы. Некоторые моносахариды (глюкоза) и гидроксикислоты (лактат) возможно детектировать амперометрически с помощью биосенсоров на основе соответствующих ферментов-оксидаз. Однако применение ферментов в анализе ограничено в первую очередь по причине низкой стабильности биомолекул.

Биомиметика аффинных реакций включает создание синтетических рецепторов на основе аминокислот, нуклеиновых кислот, функционализированных полимеров или полимеров с молекулярными отпечатками, способных к специфическому распознаванию аналитов за счет определенных функциональных групп. Сенсоры на основе синтетических рецепторов при приемлемой чувствительности обладают преимуществами по сравнению с биосенсорами, а именно: они стабильны на воздухе при комнатной температуре, методы их получения просты и недороги, датчики возможно регенерировать и использовать многократно.

Синтетическими рецепторами для создания сенсоров на полиолы (многоатомные спирты, углеводы) и гидроксикислоты могут служить производные фенилборных кислот, способные обратимо и селективно связываться с 1,2- или 1,3-диольными функциональными группировками с образованием устойчивых циклических боронатных эфиров в водных средах. В качестве чувствительного слоя безреагентных электрохимических сенсоров на глюкозу, фруктозу, лактат возможно использовать проводящие полимеры, имеющие в своей структуре фрагменты фенилборной кислоты (ФБК). В таком случае распознавание аналита будет осуществляться борнокислыми функциональными группами, содержащимися в полимере, а проводящие свойства полимера обеспечат преобразование химического сигнала в электрический.

Известные безреагентные электрохимические сенсоры на основе аффинных взаимодействий при регистрации сигнала демонстрируют снижение проводимости чувствительного слоя, что не позволяет различать аналитический сигнал (специфические

взаимодействия с аналитом) на фоне неспецифических процессов, которые также всегда приводят к снижению проводимости. В частности, известные сенсоры на основе ФБК не имеют практической ценности по причине низкой селективности и недостаточной чувствительности метода детектирования.

Таким образом, целью работы являлось создание безреагентных электрохимических сенсоров на основе проводящих полимеров, аналогов полианилина, функционализированных борной кислотой, для селективного определения концентрации сахаров и гидроксикислот, в частности, при решении задач неинвазивной клинической диагностики.

Поставленная цель требует решения следующих задач:

1) осуществить электрохимическую полимеризацию аминофенилборных кислот для получения электронопроводящих полимерных пленок на поверхности электродов;

2) исследовать синтезированные поли(аминофенилборные кислоты) (поли(АФБК)) физико-химическими методами;

3) исследовать проводящие свойства полученных полимеров, в частности, при их взаимодействии с сахарами и гидроксикислотами методом спектроскопии электрохимического импеданса (СЭХИ);

4) выявить природу аналитического сигнала сенсоров на основе поли(АФБК);

5) синтезировать поли(АФБК) с молекулярными отпечатками для повышения селективности сенсоров на сахара и гидроксикислоты;

6) проанализировать смеси сахаров и гидроксикислот с помощью сенсоров, обладающих различной селективностью;

7) создать неферментативный сенсор на основе поли(АФБК) с молекулярными отпечатками для определения концентрации лактата в поте;

8) провести проверку правильности определения концентрации лактата в поте независимым методом.

Научная новизна. Путем электрополимеризации мета-аминофенилборной кислоты (м-АФБК) в присутствии фторид-ионов, активирующих электрополимеризацию, синтезирован электронопроводящий полимер (поли(м-АФБК)). Полученная поли(м-АФБК) сохраняет электроактивность в нейтральных водных растворах.

Методом спектроскопии электрохимического импеданса зарегистрировано обратимое увеличение проводимости поли(м-АФБК) на поверхности электрода в присутствии сахаров и гидроксикислот. Главное достоинство разработанного сенсора состоит в том, что увеличение проводимости чувствительного полимерного слоя в ответ на специфические взаимодействия позволяет отличать их от неспецифических реакций, всегда приводящих к снижению проводимости полимера.

Осуществлен бесфторидный синтез поли(аминофенилборной кислоты) путем электрополимеризации орто-изомера аминофенилборной кислоты (о-АФБК). В результате электрополимеризации о-АФБК получен электронопроводящий полимер (поли(о-АФБК)), наблюдаемые константы связывания которого с сахарами и гидроксикислотами соответствуют наблюдаемым константам связывания для свободной незамещенной фенилборной кислоты, являющейся элементом структуры поли(АФБК). Вид рН-зависимостей констант связывания поли(АФБК) соответствует закономерностям, известным для фенилборных кислот.

Синтезированы электронопроводящие полимеры с молекулярными отпечатками гидроксикислот путем электрополимеризации м-АФБК в присутствии солей а-гидроксикислот. Образование проводящих полимеров из мета-изомера АФБК в результате бесфторидного синтеза подтверждает включение гидроксикислот в полимерную матрицу. Полимеры с молекулярными отпечатками обладают как в 1.5-14 раз более высокими константами связывания с определенными аналитами, так и более низкими константами связывания с другими полиолами по сравнению с полимером без молекулярных отпечатков. Это позволяет достигать желаемой селективности сенсоров. Продемонстрирована возможность раздельного определения сахаров и гидроксикислот в модельных смесях фруктозы и лактата.

Путем синтеза поли(АФБК) с молекулярными отпечатками лактата на планарных трехэлектродных структурах создан неферментативный сенсор для определения концентрации лактата в поте. Правильность определения концентрации лактата для образцов пота подтверждена независимым методом с использованием высокоселективного биосенсора на основе лактатоксидазы.

Практическая и теоретическая значимость. Созданы безреагентные сенсоры на основе аффинных взаимодействий, позволяющие дифференцировать специфические и неспецифические реакции, чем обусловлена их пригодность для практического применения. Проводимость чувствительного полимерного слоя увеличивается в результате взаимодействия с аналитами, в то время как неспецифические реакции приводят к уменьшению проводимости поли(АФБК).

Для каждого из мономеров (о- и м-АФБК) разработаны условия электрополимеризации, при которых достигаются оптимальные аналитические характеристики сенсоров. Сенсоры на основе полимера, синтезированного из о-АФБК, характеризуются коэффициентом чувствительности градуировочной зависимости сопротивления полимера от концентрации глюкозы 2±1 М-1 (предел обнаружения (ПО) 7.5 мМ, диапазон определяемых концентраций (ДОК) 20-250 мМ); коэффициентом чувствительности определения лактата 8±1 М-1, (ПО 2.0 мМ, ДОК 14-200 мМ). Сенсоры на основе полимера, синтезированного из м-АФБК,

характеризуются коэффициентом чувствительности определения глюкозы 5±1 М-1 (ПО 2.9 мМ, ДОК 8-130 мМ), коэффициентом чувствительности определения лактата 14±1 М-1 (ПО 1.1 мМ, ДОК 5-100 мМ). Таким образом, варьируя исходный мономер и условия синтеза можно управлять характеристиками сенсоров. Электроды, модифицированные поли(м-АФБК) в присутствии фторид-иона, характеризуются более высокой чувствительностью по сравнению с электродами, модифицированными поли(о-АФБК) в результате бесфторидного синтеза.

Поли(аминофенилборные кислоты) с молекулярными отпечатками различных гидроксикислот (молочной, винной, лимонной) обладают повышенными константами связывания с целевыми молекулами, в то время как константы связывания с другим полиолами понижаются. Так, коэффициент чувствительности сенсоров на лактат на основе поли(АФБК) с молекулярными отпечатками лактата (поли(АФБК)-Л) повышен в 9 раз по сравнению с нетемплатированным полимером (без молекулярных отпечатков). Предел обнаружения лактата понижен на порядок, до 0.3 мМ, а диапазон определяемых концентраций смещен в область более низких содержаний. Селективность сенсора на основе поли(АФБК)-Л к лактату относительно глюкозы повышена: коэффициент селективности ^глюкоза/лактат равен 0.026, что на порядок ниже, чем в случае нетемплатированного полимера. Проведено селективное определение концентрации полиолов и гидроксикислот в их смеси с использованием разработанных неферментативных сенсоров с различной селективностью: для модельных смесей лактата и фруктозы степень извлечения не менее 89%.

Создан импедиметрический сенсор для определения концентрации лактата путем синтеза проводящего полимера из м-АФБК в присутствии лактат-иона на поверхности планарных графитовых электродных структур. Сенсор на основе поли(АФБК)-Л обладает следующими аналитическими характеристиками: коэффициент чувствительности 23±3 М-1, ПО 1.5 мМ, ДОК 3-100 мМ. Новый неферментативный сенсор применен для определения концентрации лактата в капле пота, нанесенной на поверхность трехэлектродной структуры. Правильность анализа подтверждена методом сравнения - с помощью высокочувствительного и высокоселективного амперометрического биосенсора на основе фермента лактатоксидазы. Аналитические характеристики сенсора на основе поли(АФБК)-Л остаются неизменными при хранении на воздухе при комнатной температуре в течение 6 месяцев, что недостижимо при использовании биосенсоров. Таким образом, разработанный сенсор может быть предложен для неинвазивной диагностики гипоксии по анализу пота на содержание лактата.

Положения, выносимые на защиту:

1. Электрополимеризация орто- и мета-аминофенилборных кислот, приводящая к получению проводящих поли(аминофенилборных кислот).

2. Повышение проводимости поли(АФБК) при взаимодействиях с сахарами и гидроксикислотами.

3. Физико-химические закономерности, подтверждающие, что повышение проводимости поли(АФБК) вызвано взаимодействием сахаров или гидроксикислот с борнокислыми группами полимера.

4. Безреагентные импедиметрические сенсоры на сахара и гидроксикислоты, позволяющие по увеличению проводимости дифференцировать специфические взаимодействия от неспецифических реакций (уменьшение проводимости).

5. Повышение селективности сенсоров на основе поли(АФБК) путем синтеза полимеров с молекулярными отпечатками гидроксикислот для раздельного селективного определения сахаров и гидроксикислот в их смеси.

6. Неферментативный высокостабильный сенсор, полученный путем синтеза поли(АФБК) с молекулярными отпечатками лактата, для анализа пота.

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 5 статьях в реферируемых научных журналах из списка ВАК РФ и индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus:

1. E. A. Andreyev, M. A. Komkova, V. N. Nikitina, N. V. Zaryanov, O. G. Voronin, E. E. Karyakina, A. K. Yatsimirsky, A. A. Karyakin. Reagentless polyol detection by conductivity increase in course of self-doping of boronate-substituted polyaniline // Analytical Chemistry. — 2014. — V. 86, № 23. — P. 11690-11695 (IF 6.0);

2. V. N. Nikitina, I. R. Kochetkov, E. E. Karyakina, A. K. Yatsimirsky, A. A. Karyakin. Tuning electropolymerization of boronate-substituted anilines: Fluoride-free synthesis of the advanced affinity transducer // Electrochemistry Communications. — 2015. — V. 51. — P. 121-124 (IF 4.7);

3. В. Н. Никитина, Н. В. Зарянов, Е. Е. Карякина, А. А. Карякин. Электрополимеризация 2-аминофенилборной кислоты и применение полученного полимера для определения сахаров и оксикислот // Электрохимия. — 2017. — V. 53, № 3. — P. 352-358 (ИФ 1.0);

4. V. N. Nikitina, N.V. Zaryanov, I.R. Kochetkov, E. E. Karyakina, A. K. Yatsimirsky, A.A. Karyakin. Molecular imprinting of boronate functionalized polyaniline for enzyme-free selective detection of saccharides and hydroxy acids // Sensors and Actuators, B: Chemical. — 2017. — V. 246. — P. 428-433 (IF 5.7);

5. N. V. Zaryanov, V. N. Nikitina, E. V. Karpova, E. E. Karyakina, A. A. Karyakin. Nonenzymatic sensor for lactate detection in human sweat // Analytical Chemistry. — 2017. — V. 89. — P. 11198-1120 (IF 6.0).

Апробация работы. Основные результаты работы были также представлены в тезисах докладов на 11 всероссийских и международных научных конференциях: • VI Всероссийская Каргинская конференция "Полимеры-2014", Москва, Россия, 27 января - 1 февраля 2014; • IX Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2014», Светлогорск, Россия, 23 - 28 июня 2014; • International Workshop on Electrochemistry of Electroactive Materials, Bad Herrenalb, Германия, 31 мая - 5 июня 2015; • 10th International Frumkin Symposium on Electrochemistry, Москва, Россия, 21-23 октября 2015; • International Conference "Biocatalysis-2015: Fundamentals and Applications", Истра, Россия, 21-26 июня 2015; • IX Всероссийская конференция по электрохимическим методам анализа с международным участием и молодежной научной школой "ЭМА 2016", Екатеринбург -Леневка, Россия, 29 мая - 3 июня 2016; • V Съезд физиологов СНГ, V Съезд Биохимиков России, Сочи, Россия, 4-8 октября 2016; • Научная конференция грантодержателей РНФ «Фундаментальные химические исследования XXI-го века», Москва, Россия, 20-24 ноября 2016; • International Conference "Biocatalysis-2017: Fundamentals and applications", Истра, Россия, 25-30 июля 2017; • Baltic polymer symposium 2017, Tallinn, Эстония, 21-22 сентября 2017; • Modern Electrochemical Methods XXXVIII, Jetrichovice, Чехия, 21-25 мая 2018.

Вклад автора в представленную работу. В основу диссертационной работы положены результаты научных исследований, выполненных под руководством д.х.н., профессора Карякина А.А. на химическом факультете Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова во время обучения в очной аспирантуре на кафедре аналитической химии в период 2013 - 2017 гг. Личный вклад автора состоял в постановке задач исследования, анализе и систематизации литературных данных, подготовке, планировании и проведении экспериментов, обработке и анализе полученных результатов, подготовке публикаций по теме диссертации и представлении работы на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы (155 библиографическую ссылку). Работа изложена на 163 страницах машинописного текста и включает 86 рисунков и 30 таблиц.

Работа частично выполнена при финансовой поддержке РНФ 16-13-00010 и совместной лаборатории химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова и LG Electronics.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава 1. Сенсоры на сахара и гидроксикислоты: синтетические рецепторы

на основе борных кислот

Сахара и гидроксикислоты являются важнейшими классами соединений, разработка методов опредления которых на протяжении многих лет остается актуальной задачей аналитической химии. Значительное внимание детектированию представителей данных классов соединений уделяется в клинической диагностике, биохимическом анализе, в контроле качества медицинских препаратов и объектов пищевой промышленности. Соединения класса сахаров и гидроксикислот известны как незаменимые участники метаболических процессов в организмах, а также служат биомаркерами многих заболевании и патологических состояний, в связи с чем их определение необходимо для целей медицины. В различных объектах, данные вещества могут находиться как в свободной форме, так и будучи связанными с биомолекулами: в виде гликоконъюгатов (гликопротеины, гликолипиды), в составе клеточных стенок.

Взаимодействие некоторых вирусов, бактерий и токсинов с клетками-мишенями осуществляется именно посредством углеводных компонентов на поверхности клеток. Кроме того, сахариды и гидроксикислоты являются ключевыми интермедиатами в ферментативных процессах конвертации биомассы [1]. Различные подходы к детектированию сахаров включают электрохимические [2], спектроскопические [3, 4], масс-спектрометрические [5, 6] и хроматографические методы [7, 8].

Определение сахаридов и гидроксикислот необходимо, как правило, в сложных с точки зрения анализа биологических матрицах, поэтому среди всех методов особый интерес представляют те из них, которые не требуют сложной дополнительной пробоподготовки, выделения и концентрирования интересующих компонентов и использования вспомогательных реагентов. В последнее время особый интерес представляют безреагентные сенсоры. Проводить детектирование без введения дополнительных веществ, напрямую регистрируя сигнал специфических взаимодействий возможно, если в качестве чувствительных элементов сенсора используются вещества способные к непосредственной генерации сигнала, в частности, электрохимические трансдъюсеры. Одним из самых широко распространенных электрохимических способов детектирования свободных моносахаридов является амперометрический метод с использованием биосенсоров на основе соответствующих энзимов класса оксидаз. Первые работы, посвященные ферментным сенсорам, были опубликованы в 1962 году за авторством Л.Кларка и Лайонса [9]. На сегодняшний день исследовательские работы по разработке способов детектирования

сахаридов в биологических жидкостях, в особенности глюкозы, представляют большой интерес для их применения в различных областях медицинской диагностики [10, 11].

Поскольку отклик биосенсора генерируется непосредственно вторым субстратом ферментов-оксидаз (кислород), либо продуктом его реакции восстановления (пероксид водорода) в анализируемом объекте, то величина аналитического сигнала таких устройств лимитируется концентрацией кислорода (скоростью его массопереноса к поверхности электрода), следовательно, необходим значительный избыток кислорода, чтобы сигнал биосенсора был пропорционален концентрации аналита. Флуктуации содержания кислорода могут существенно влиять на результат анализа, поэтому для более эффективного функционирования необходимо использование медиаторов - диффузионно подвижных переносчиков заряда. Достоинства биологических элементов распознавания, такие как высокая селективность и константы связывания очевидны, однако упомянутые ограничения наравне с сохраняющейся проблемой стабильности таких биомолекул как ферменты и необходимости соблюдения особых условий при хранении и эксплуатации биологических материалов многие годы подталкивают исследователей к поиску альтернативных подходов для анализа сахаридов, а именно более стабильных и простых в эксплуатации синтетических рецепторов с высокой чувствительностью и селективностью [12, 13].

В том случае, когда полиол или гидроксикислота находится в связанной форме (в составе белков или на поверхности клеточных стенок), то подходы известные для моносахаридов неприменимы. Для указанных целей существует два активно развивающихся направления: с использованием более сложных специфических биомолекул (лектины, антитела, аптамеры и т.д.) и синтетических рецепторов [14]. Последние, несмотря на низкую селективность, обладают существенным преимуществом: более высокой стабильностью (как операционной, так и при хранении). Повышение селективности систем на их основе является одной из наиболее актуальных задач в этой области. Биомиметика аффинности включает молекулярный дизайн и оптимизацию структуры синтетических рецепторов по аналогии с известным природным рецептором таким образом, что осуществляется распознавание определенных функциональных групп по модели биологических механизмов [15]. Несмотря на то, что борные кислоты не встречаются в живых организмах и химии живого, а их получают химическим синтезом из природных объектов содержащих бор, эти соединения успешно используют в области биомиметики (синтетические лектины) [16] и относят к «зеленой химии», т.к. продукты распада борной кислоты нетоксичны.

1.1 Строение и применение борных кислот

Применение борных кислот в анализе основано на особенностях электронного строения атома бора, а именно его кислотностью по Льюису, обусловленной наличием свободной р-орбитали. Этим объясняется высокая реакционная способность борных кислот по отношению к основаниям Льюиса или нуклеофилам (соединениям, содержащим атомы с неподеленной электронной парой). В соответствии с принципом жестких и мягких кислот и оснований Пирсона наибольшим сродством к бору будут обладать соединения, содержащие «жесткие» атомы Б, О и К, которые по донорно-акцепторному механизму образуют прочные ковалентные связи с атомом бора (Схема 1). По этой причине борные кислоты находят широкое применение в анализе анионов (фториды, цианиды, амины и т.п.) [17].

Схема 1. Образование донорно-акцепторной связи атома бора с нуклеофилом (Ыпе).

Борные кислоты способны селективно и обратимо взаимодействовать с соединениями, содержащими 1,2- или 1,3-диольные группы. Такие свойства борных кислот позволяют использовать их производные в качестве дериватизирующих агентов в хроматографии, переносчиков нуклеотидов и сахаридов, лигандов для разделения гликопротеинов, чувствительных элементов сенсоров для определения моно- и олигосахаридов, гидроксикислот, гликопротеинов, катехолов и катехоламинов, полифенолов, гидроксикарбоновых кислот а также для биомиметики антител, селективных к углеводным компонентам клеточных стенок [18].

На сегодняшний день химические сенсоры находятся на пике своего развития: высокочувствительные экспрессные методы представляют интерес для многих областей анализа, в том числе медицинской диагностики. Сенсоры, в основе работы которых лежит взаимодействие борных кислот с аналитами, являются одними из наиболее привлекательных среди неферментных датчиков для определения сахаридов и гидроксикислот. Борные кислоты в качестве чувствительных элементов сенсоров применимы в различных областях анализа в сочетании с широким спектром методов регистрации аналитического сигнала от электрохимических до оптических: потенциометрия [19], кондуктометрия [20], вольтамперометрия, спектроскопия электрохимического импеданса, кварцевый микробаланс [21], флуоресценция [22], УФ- и ИК- спектроскопия [23, 24], поверхностный плазмонный резонанс [25], циркулярный дихроизм [26].

1.2. Равновесие в системе борная кислота-диол

Первые упоминания взаимодействий борных кислот с полиолами традиционно относят к работам Байота, связанным с изучением оптической изомерии винной кислоты. В 1838 году им было отмечено изменение угла вращения винной кислоты в присутствии борной [27]. Далее в 1913 году Бёсекен впервые отмечает повышение кислотности борнокислых растворов в присутствии глюкозы [28] .Фенилборная кислота была впервые синтезирована в 1880 году Михаэлисом и Бекером [29], но прошло около 74 лет до того момента как были предприняты первые попытки исследования комплексообразования фенилборной кислоты с диолами (и сахаридами). Количественные оценки сродства борных и фенилборных кислот к некоторым диолам (например, этиленгликоль и катехол) и моносахаридам (глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза) были опубликованы позднее Лорандом и Эдвардсом [30]. В этой работе приведены данные о ряде селективности фенилборной кислоты к моносахаридам, причем данная закономерность характерна и для других борных кислот [31]. По значениям констант связывания борных кислот с некоторыми диолами и моносахаридами было установлено, что образование эфиров предпочтительнее в средах с высокими значениями рН, то есть в той области, где высока концентрация боронат-иона (Рис. 1).

/-V ОН /=\ НО

/=\ / НОч рН>10 / \ N \

О"^ + но) — О^О + ^

ОН НОЧ рн 7.5 /=\

С + но) ^ 0"<« ' 2НО

ОН НО 4-'

Рис. 1. Равновесия образования боронатных эфиров в водной среде [18].

Кроме того, эти исследования подтвердили, что борным кислотам присущи свойства кислот Льюиса, причем сопряженное основание структурно представляет собой тетраэдрический гидроксиборат-анион [32]. Аналогичный вывод следует также исходя из данных о рКа борных кислот в сравнении с рКа их нейтральных комплексов с 1,2-диолами. Ввиду того, что боронатные эфиры имеют более низкие значения рКа по сравнению с несвязанной формой борной кислоты, при комплексообразовании с диолами равновесие сдвигается в сторону тетраэдрической анионной формы, что также приводит к изменению некоторого измеряемого параметра, формирующего аналитически сигнал. Например, в случае фенилборной кислоты ее рКа уменьшается с 8.8 до 6.8 и 4.5 в результате комплексообразования с глюкозой и фруктозой соответственно, что было найдено по величине скачка рН при потенциометрическом титровании фенилборной кислоты

сахаридами [33]. Результаты исследований методом ЯМР спектроскопии также показали, что реакционоспособность тетракоординированного гидроксиборонат-аниона при взаимодействии с диолами как минимум в 104 раз превышает таковую для тригональной нейтральной борной кислоты (скорости прямой реакции лежат в диапазоне 103-104 М/с). В то же время в работе [34] было высказано предположение, что в действительности взаимодействие алифатических диолов происходит непосредственно с тригональной формой борной кислоты, а высокие значения рН необходимы исключительно для образования достаточного количества монодепротонированной формы диола.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Никитина, Вита Николаевна, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Vaidyanathan S., Macaloney G., Vaughan J., McNeil B., Harvey L. M. Monitoring of Submerged Bioprocesses // Critical Reviews in Biotechnology. — 1999. — V. 19. — № 4.

— P. 277-316.

2. Shoji E., Freund M. S. Potentiometric Saccharide Detection Based on the pKa Changes of Poly(aniline boronic acid) // Journal of the American Chemical Society. — 2002. — V. 124.

— № 42. — P. 12486-12493.

3. James T. D., Sandanayake K. R. A. S., Shinkai S. Saccharide Sensing with Molecular Receptors Based on Boronic Acid // Angewandte Chemie International Edition in English.

— 1996. — V. 35. — № 17. — P. 1910-1922.

4. Xu S.-Y., Wang H.-C., Flower S. E., Fossey J. S., Jiang Y.-B., James T. D. Suzuki homo-coupling reaction based fluorescent sensors for monosaccharides // RSC Advances. — 2014.

— V. 4. — № 66. — P. 35238-35241.

5. Sparbier K., Wenzel T., Kostrzewa M. Exploring the binding profiles of ConA, boronic acid and WGA by MALDI-TOF/TOF MS and magnetic particles // Journal of Chromatography B. — 2006. — V. 840. — № 1. — P. 29-36.

6. Harvey D. J. Analysis of carbohydrates and glycoconjugates by matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry: An update for the period 2005-2006 // Mass Spectrometry Reviews. — 2011. — V. 30. — № 1. — P. 1-100.

7. Li H., Liu Z. Recent advances in monolithic column-based boronate-affinity chromatography // TrAC Trends in Analytical Chemistry. — 2012. — V. 37 — P. 148-161.

8. Liu X.-C., Scouten W. H. Boronate Affinity Chromatography // Affinity Chromatography: Methods and Protocols. Edited by Bailon P, Ehrlich GK, Fung W-J, Berthold W. — Totowa, NJ: Humana Press, 2000. — P. 119-128.

9. Clark L. C., Lyons C. Electrode systems for continuous monitoring in cardiovascular surgery // Annals of the New York Academy of Sciences. — 1962. — V. 102. — № 1. — P. 29-45.

10. Gough D. A., Armour J. C. Development of the Implantable Glucose Sensor: What Are the Prospects and Why Is It Taking So Long? // Diabetes. — 1995. — V. 44. — № 9. — P. 1005-1009.

11. Wilson G. S., Hu Y. Enzyme-Based Biosensors for in Vivo Measurements // Chemical Reviews. — 2000. — V. 100. — № 7. — P. 2693-2704.

12. Kejík Z., Bríza T., Králová J., Martásek P., Král V. Selective recognition of a saccharide-type tumor marker with natural and synthetic ligands: a new trend in cancer diagnosis // Analytical and Bioanalytical Chemistry. — 2010. — V. 398. — № 5. — P. 1865-1870.

13. Heller A., Feldman B. Electrochemical Glucose Sensors and Their Application in Diabetes Management // Applications of Electrochemistry in Medicine. Edited by Schlesinger M. — Boston, MA: Springer US, 2013. — P. 121-187.

14. Mazik M., Bandmann H., Sicking W. Molecular Recognition of Carbohydrates by Artificial Polypyridine and Polypyrimidine Receptors // Angewandte Chemie International Edition. — 2000. — V. 39. — № 3. — P. 551-554.

15. Davis A. P., Wareham R. S. Carbohydrate Recognition through Noncovalent Interactions: A Challenge for Biomimetic and Supramolecular Chemistry // Angewandte Chemie International Edition. — 1999. — V. 38. — № 20. — P. 2978-2996.

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

Jin S., Cheng Y., Reid S., Li M., Wang B. Carbohydrate recognition by boronolectins, small molecules, and lectins // Medicinal Research Reviews. — 2010. — V. 30. — № 2. — P. 171-257.

Galbraith E., James T. D. Boron based anion receptors as sensors // Chemical Society Reviews. — 2010. — V. 39. — № 10. — P. 3831-3842.

Hall D. G. Structure, Properties, and Preparation of Boronic Acid Derivatives. Overview of Their Reactions and Applications // Boronic Acids: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2006. — P. 1-99.

Shoji E., Freund M. S. Potentiometric Sensors Based on the Inductive Effect on the pKa of Poly(aniline): A Nonenzymatic Glucose Sensor // Journal of the American Chemical Society. — 2001. — V. 123. — № 14. — P. 3383-3384.

Arnold F. H., Zheng W., Michaels A. S. A membrane-moderated, conductimetric sensor for the detection and measurement of specific organic solutes in aqueous solutions // Journal of Membrane Science. — 2000. — V. 167. — № 2. — P. 227-239.

Gabai R., Sallacan N., Chegel V., Bourenko T., Katz E., Willner I. Characterization of the Swelling of Acrylamidophenylboronic Acid-Acrylamide Hydrogels upon Interaction with Glucose by Faradaic Impedance Spectroscopy, Chronopotentiometry, Quartz-Crystal Microbalance (QCM), and Surface Plasmon Resonance (SPR) Experiments // The Journal of Physical Chemistry B. — 2001. — V. 105. — № 34. — P. 8196-8202.

Yoon J., Czarnik A. W. Fluorescent chemosensors of carbohydrates. A means of chemically communicating the binding of polyols in water based on chelation-enhanced quenching // Journal of the American Chemical Society. — 1992. — V. 114. — № 14. — P. 5874-5875.

Pringsheim E., Terpetschnig E., Piletsky S. A., Wolfbeis O. S. A Polyaniline with Near-Infrared Optical Response to Saccharides // Advanced Materials. — 1999. — V. 11. — № 10. — P. 865-868.

Yamamoto H., Ori A., Ueda K., Dusemund C., Shinkai S. Visual sensing of fluoride ion and saccharides utilizing a coupled redox reaction of ferrocenylboronic acids and dye molecules // Chemical Communications. — 1996. — № 3. — P. 407-408.

Stephenson-Brown A., Wang H.-C., Iqbal P., Preece J. A., Long Y., Fossey J. S., James T. D., Mendes P. M. Glucose selective Surface Plasmon Resonance-based bis-boronic acid sensor // Analyst. — 2013. — V. 138. — № 23. — P. 7140-7145.

Takeuchi M., Imada T., Shinkai S. Highly Selective and Sensitive "Sugar Tweezer" Designed from a Boronic-Acid-Appended p,-Oxobis[porphinatoiron(III)] // Journal of the American Chemical Society. — 1996. — V. 118. — № 43. — P. 10658-10659.

Brighid Pappin M. J. K., Todd A. Houston Boron-Carbohydrate Interactions. In: Carbohydrates-Comprehensive Studies on Glycobiology and Glycotechnology: Prof. Chuan-Fa Chang (Ed.), InTech; 2012.

Böeseken J. On the storage of hydroxyl groups of polyoxide compounds in space. The configuration of saturated glycols and of alpha- and beta-glycose // Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. — 1913. — V. 46. — № 3. — P. 2612-2628.

Michaelis A., Becker P. Ueber Monophenylborchlorid und die Valenz des Bors // Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. — 1880. — V. 13. — № 1. — P. 58-61.

Lorand J. P., Edwards J. O. Polyol Complexes and Structure of the Benzeneboronate Ion // The Journal of Organic Chemistry. — 1959. — V. 24. — № 6. — P. 769-774.

Bosch L. I., Fyles T. M., James T. D. Binary and ternary phenylboronic acid complexes with saccharides and Lewis bases // Tetrahedron. — 2004. — V. 60. — № 49. — P. 1117511190.

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

Edwards J. O., Morrison G. C., Ross V. F., Schultz J. W. The Structure of the Aqueous Borate Ion // Journal of the American Chemical Society. — 1955. — V. 77. — № 2. — P. 266-268.

Springsteen G., Wang B. A detailed examination of boronic acid-diol complexation // Tetrahedron. — 2002. — V. 58. — № 26. — P. 5291-5300.

Iwatsuki S., Nakajima S., Inamo M., Takagi H. D., Ishihara K. Which Is Reactive in Alkaline Solution, Boronate Ion or Boronic Acid? Kinetic Evidence for Reactive Trigonal Boronic Acid in an Alkaline Solution // Inorganic Chemistry. — 2007. — V. 46. — № 2. — P. 354-356.

Henderson W. G., How M. J., Kennedy G. R., Mooney E. F. The interconversion of aqueous boron species and the interaction of borate with diols: a 11B n.m.r. study // Carbohydrate Research. — 1973. — V. 28. — № 1. — P. 1-12.

Arimori S., Ward C. J., James T. D. A d-glucose selective fluorescent assay // Tetrahedron Letters. — 2002. — V. 43. — № 2. — P. 303-305.

Wiskur S. L., Lavigne J. J., Ait-Haddou H., Lynch V., Chiu Y. H., Canary J. W., Anslyn E. V. pKa Values and Geometries of Secondary and Tertiary Amines Complexed to Boronic Acids Implications for Sensor Design // Organic Letters. — 2001. — V. 3. — № 9. — P. 1311-1314.

Springsteen G., Wang B. Alizarin Red S. as a general optical reporter for studying the binding of boronic acids with carbohydrates // Chemical Communications. — 2001. — № 17. — P. 1608-1609.

Martinez-Aguirre M. A., Villamil-Ramos R., Guerrero-Alvarez J. A., Yatsimirsky A. K. Substituent Effects and pH Profiles for Stability Constants of Arylboronic Acid Diol Esters // The Journal of Organic Chemistry. — 2013. — V. 78. — № 10. — P. 4674-4684.

Kondo K., Shiomi Y., Saisho M., Harada T., Shinkai S. Specific complexation of disaccharides with diphenyl-3,3'-diboronic acid that can be detected by circular dichroism // Tetrahedron. — 1992. — V. 48. — № 38. — P. 8239-8252.

Suenaga H., Mikami M., Sandanayake K. R. A. S., Shinkai S. Screening of fluorescent boronic acids for sugar sensing which show a large fluorescence change. -, 1995. - p.

Mohler L. K., Czarnik A. W. Ribonucleoside membrane transport by a new class of synthetic carrier // Journal of the American Chemical Society. — 1993. — V. 115. — № 7.

— P. 2998-2999.

James T. D., Sandanayake K. R. A. S., Shinkai S. Novel photoinduced electron-transfer sensor for saccharides based on the interaction of boronic acid and amine // Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. — 1994. — V. 4 — P. 477-478.

Wulff G., Lauer M., Bohnke H. Rapid Proton Transfer as Cause of an Unusually Large Neighboring Group Effect // Angewandte Chemie International Edition in English. — 1984.

— V. 23. — № 9. — P. 741-742.

Wang J., Jin S., Wang B. A new boronic acid fluorescent reporter that changes emission intensities at three wavelengths upon sugar binding // Tetrahedron Letters. — 2005. — V. 46. — № 41. — P. 7003-7006.

Stephenson-Brown A., Wang H. C., Iqbal P., Preece J. A., Long Y. T., Fossey J. S., James T. D., Mendes P. M. Glucose selective surface plasmon resonance-based bis-boronic acid sensor // Analyst. — 2013. — V. 138.

Collins B. E., Metola P., Anslyn E. V. On the rate of boronate ester formation in ortho-aminomethyl-functionalised phenyl boronic acids // Supramolecular Chemistry. — 2013. — V. 25. — № 2. — P. 79-86.

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

Zhu L., Shabbir S. H., Gray M., Lynch V. M., Sorey S., Anslyn E. V. A Structural Investigation of the N-B Interaction in an o-(N,N-Dialkylaminomethyl)arylboronate System // Journal of the Americal Chemical Society. — 2006. — V. 128. — № 4. — P. 1222-1232.

Wiskur S. L., Lavigne J. J., Ait-Haddou H., Lynch V., Chiu Y. H., Canary J. W., Anslyn E. V. pKa Values and Geometries of Secondary and Tertiary Amines Complexed to Boronic AcidsImplications for Sensor Design // Organic Letters. — 2001. — V. 3. — № 9. — P. 1311-1314.

Badugu R., Lakowicz J. R., Geddes C. D. A glucose-sensing contact lens: from bench top to patient // Current Opinion in Biotechnology. — 2005. — V. 16. — № 1. — P. 100-107.

Phillips M. D., James T. D. Boronic Acid Based Modular Fluorescent Sensors for Glucose // Journal of Fluorescence. — 2004. — V. 14. — № 5. — P. 549-559.

Zhao J., Davidson M. G., Mahon M. F., Kociok-Kohn G., James T. D. An Enantioselective Fluorescent Sensor for Sugar Acids // Journal of the American Chemical Society. — 2004. — V. 126. — № 49. — P. 16179-16186.

Hansen J., Christensen J. Recent advances in fluorescent arylboronic acids for glucose sensing // Biosensors. — 2013. — V. 3. — № 4. — P. 400-418.

Cao H., Heagy M. D. Fluorescent Chemosensors for Carbohydrates: A Decade's Worth of Bright Spies for Saccharides in Review // Journal of Fluorescence. — 2004. — V. 14. — № 5. — P. 569-584.

Wang B., Takahashi S., Du X., Anzai J.-i. Electrochemical Biosensors Based on Ferroceneboronic Acid and Its Derivatives: A Review // Biosensors. — 2014. — V. 4. — № 3. — P. 243-256.

Arimori S., Ushiroda S., Peter L. M., Jenkins A. T. A., James T. D. A modular electrochemical sensor for saccharides // Chemical Communications. — 2002. — V. 20 — P. 2368-2369.

Ori A., Shinkai S. Electrochemical detection of saccharides by the redox cycle of a chiral ferrocenylboronic acid derivative: a novel method for sugar sensing // Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. — 1995. — № 17. — P. 1771-1772.

Burgemeister T., Grobe-Einsler R., Grotstollen R., Mannschreck A., Wulff G. Fast Thermal Breaking and Formation of a B-N Bond in 2-(Aminomethyl)benzeneboronates1) // Chemische Berichte. — 1981. — V. 114. — № 10. — P. 3403-3411.

Hopfl H. The tetrahedral character of the boron atom newly defined—a useful tool to evaluate the N^B bond // Journal of Organometallic Chemistry. — 1999. — V. 581. — № 1-2. — P. 129-149.

Norrild J. C., Sotofte I. Crystal structures of 2-(N,N-dimethylaminoalkyl)ferroceneboronic acids and their diol derivatives. The quest for a B-N intramolecular bond in the solid state // Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 2. — 2001. — № 5. — P. 727-732.

Mirri G., Bull S. D., Horton P. N., James T. D., Male L., Tucker J. H. R. Electrochemical method for the determination of enantiomeric excess of binol using redox-active boronic acids as chiral sensors // Journal of the American Chemical Society. — 2010. — V. 26 — P. 8903-8905.

Moore A. N. J., Wayner D. D. M. Redox switching of carbohydrate binding to ferrocene boronic acid // Canadian Journal of Chemistry. — 1999. — V. 77. — № 5-6. — P. 681-686.

Dusemund C., Sandanayake K. R. A. S., Shinkai S. Selective fluoride recognition with ferroceneboronic acid // Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. — 1995. — № 3. — P. 333-334.

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

Nicolas M., Fabre B., Simonet J. Electrochemical sensing of fluoride and sugars with a boronic acid-substituted bipyridine Fe(II) complex in solution and attached onto an electrode surface // Electrochimica Acta. — 2001. — V. 46. — № 8. — P. 1179-1190.

Lacina K., Skladal P. Ferroceneboronic acid for the electrochemical probing of interactions involving sugars // Electrochimica Acta. — 2011. — V. 56. — № 27. — P. 10246-10252.

Dechtrirat D., Gajovic-Eichelmann N., Wojcik F., Hartmann L., Bier F. F., Scheller F. W. Electrochemical displacement sensor based on ferrocene boronic acid tracer and immobilized glycan for saccharide binding proteins and E. coli // Biosensors and Bioelectronics. — 2014. — V. 58 — P. 1-8.

Lacina K., Konhefr M., Novotny J., Potesil D., Zdrahal Z., Skladal P. Combining ferrocene, thiophene and a boronic acid: a hybrid ligand for reagentless electrochemical sensing of cis-diols // Tetrahedron Letters. — 2014. — V. 55. — № 21. — P. 3235-3238.

Xia N., Wang X. J., Deng D. H., Wang G. F., Zhai H. Y., Li S. J. Label-free electrochemical sensor for MicroRNAs detection with ferroceneboronic acids as redox probes // International Journal of Electrochemical Science. — 2013. — V. 8. — № 7. — P. 97149722.

Brown R. S., Luong J. H. T. Bioelectrocatalysis and diffusion kinetics glucose oxidase: Glucose reaction using a water-soluble 1,1'-dimethylferrocene-2-hydroxypropyl-P-cyclodextrin complex // Electroanalysis. — 1994. — V. 6. — № 5-6. — P. 391-396.

Susanne S. Selective Carbohydrate Recognition by Synthetic Receptors in Aqueous Solution // Current Organic Chemistry. — 2003. — V. 7. — № 1. — P. 81-102.

Brooks W. L., Sumerlin B. S. Synthesis and Applications of Boronic Acid-Containing Polymers: From Materials to Medicine // Chemical Reviews. — 2016. — V. 116. — № 3. — P. 1375-1397.

Pribyl J., Skladal P. Quartz crystal biosensor for detection of sugars and glycated hemoglobin // Analytica Chimica Acta. — 2005. — V. 530. — № 1. — P. 75-84.

Chen S. J., Chang J. F., Cheng N. J., Yih J. N., Chiu K. C. Detection of saccharides with a fluorescent sensing device based on a gold film modified with 4-mercaptophenylboronic acid monolayer // Biosensing and Nanomedicine VI. — 2013. — V. 8812.

Kong K. V., Lam Z. Y., Lau W. K. O., Leong W. K., Oivo M. A transition metal carbonyl probe for use in a highly specific and sensitive sers-based assay for glucose // Journal of the Americal Chemical Society. — 2013. — V. 135. — № 48. — P. 18028-18031.

Casalini S., Leonardi F., Cramer T., Biscarini F. Organic field-effect transistor for label-free dopamine sensing // Organic Electronics. — 2013. — V. 14. — № 1. — P. 156-163.

Li C. C., Li X. X., Luo X. W., Qi H. L. A novel electrochemical impedance spectroscopic sensor for determination of saccharide using phenylboronic acid as molecular recognition element // Chinese Journal of Analytical Chemistry. — 2013. — V. 41. — № 10. — P. 1537-1542.

Li J., Bai Z., Mao Y., Sun Q., Ning X., Zheng J. Disposable Sandwich-type Electrochemical Sensor for Selective Detection of Glucose Based on Boronate Affinity // Electroanalysis. — 2017. — V. 29. — № 10. — P. 2307-2315.

Ma Y., Yang X. One saccharide sensor based on the complex of the boronic acid and the monosaccharide using electrochemical impedance spectroscopy // Journal of Electroanalytical Chemistry. — 2005. — V. 580. — № 2. — P. 348-352.

Morita K., Hirayama N., Imura H., Yamaguchi A., Teramae N. Grafting of phenylboronic acid on a glassy carbon electrode and its application as a reagentless glucose sensor // Journal of Electroanalytical Chemistry. — 2011. — V. 656. — № 1-2. — P. 192-197.

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

Chuang Y.-C., Lan K.-C., Hsieh K.-M., Jang L.-S., Chen M.-K. Detection of glycated hemoglobin (HbA1c) based on impedance measurement with parallel electrodes integrated into a microfluidic device // Sensors and Actuators B: Chemical. — 2012. — V. 171-172 — P. 1222-1230.

Hsieh K. M., Lan K. C., Hu W. L., Chen M. K., Jang L. S., Wang M. H. Glycated hemoglobin (HbA(1c)) affinity biosensors with ring-shaped interdigital electrodes on impedance measurement // Biosensors and Bioelectronics. — 2013. — V. 49 — P. 450-456.

Park J.-Y., Chang B.-Y., Nam H., Park S.-M. Selective Electrochemical Sensing of Glycated Hemoglobin (HbA1c) on Thiophene-3-Boronic Acid Self-Assembled Monolayer Covered Gold Electrodes // Analytical Chemistry. — 2008. — V. 80. — № 21. — P. 80358044.

Boonyasit Y., Heiskanen A., Chailapakul O., Laiwattanapaisal W. Selective label-free electrochemical impedance measurement of glycated haemoglobin on 3-aminophenylboronic acid-modified eggshell membranes // Analytical and Bioanalytical Chemistry. — 2015. — V. 407. — № 18. — P. 5287-5297.

Stephenson-Brown A., Wang H. C., Iqbal P., Preece J. A., Long Y., Fossey J. S., James T. D., Mendes P. M. Glucose selective surface plasmon resonance-based bis-boronic acid sensor // Analyst. — 2013. — V. 138. — № 23. — P. 7140-7145.

Takahashi S., Anzai J.-i. Phenylboronic Acid Monolayer-Modified Electrodes Sensitive to Sugars // Langmuir. — 2005. — V. 21. — № 11. — P. 5102-5107.

Hu Y., Jiang X., Zhang L., Fan J., Wu W. Construction of near-infrared photonic crystal glucose-sensing materials for ratiometric sensing of glucose in tears // Biosensors and Bioelectronics. — 2013. — V. 48 — P. 94-99.

Li Y., Zhou S. A simple method to fabricate fluorescent glucose sensor based on dye-complexed microgels // Sensors and Actuators B: Chemical. — 2013. — V. 177 — P. 792799.

Uddin K. M. A., Ye L. Fluorogenic affinity gels constructed from clickable boronic acids // Journal of Applied Polymer Science. — 2013. — V. 128. — № 3. — P. 1527-1533.

Wongsan W., Aeungmaitrepirom W., Chailapakul O., Ngeontae W., Tuntulani T. Bifunctional polymeric membrane ion selective electrodes using phenylboronic acid as a precursor of anionic sites and fluoride as an effector: A potentiometric sensor for sodium ion and an impedimetric sensor for fluoride ion // Electrochimica Acta. — 2013. — V. 111 — P. 234-241.

Janczyk M., Kutyla-Olesiuk A., Ceto X., del Valle M., Ciosek P., Wroblewski W. Resolution of amino acid mixtures by an array of potentiometric sensors based on boronic acid derivative in a SIA flow system // Sensors and Actuators B: Chemical. — 2013. — V. 189 — P. 179-186.

Çiftçi H., Tamer U., Teker M. §., Pekmez N. O. An enzyme free potentiometric detection of glucose based on a conducting polymer poly (3-aminophenyl boronic acid-co-3-octylthiophene) // Electrochimica Acta. — 2013. — V. 90 — P. 358-365.

Plesu N., Kellenberger A., Taranu I., Taranu B. O., Popa I. Impedimetric detection of dopamine on poly(3-aminophenylboronic acid) modified skeleton nickel electrodes // Reactive and Functional Polymers. — 2013. — V. 73. — № 5. — P. 772-778.

Diltemiz S. E., Hur D., Kecili R., Ersoz A., Say R. New synthesis method for 4-MAPBA monomer and using for the recognition of IgM and mannose with MIP-based QCM sensors // Analyst. — 2013. — V. 138. — № 5. — P. 1558-1563.

94. Kikuchi A., Suzuki K., Okabayashi O., Hoshino H., Kataoka K., Sakurai Y., Okano T. Glucose-Sensing Electrode Coated with Polymer Complex Gel Containing Phenylboronic Acid // Analytical Chemistry. — 1996. — V. 68. — № 5. — P. 823-828.

95. Nicolas M., Fabre B., Marchand G., Simonet J. New Boronic-Acid- and Boronate-Substituted Aromatic Compounds as Precursors of Fluoride-Responsive Conjugated Polymer Films // European Journal of Organic Chemistry. — 2000. — V. 2000. — № 9. — P. 1703-1710.

96. Ayta9 S., Kuralay F., Boyaci i. H., Unaleroglu C. A novel polypyrrole-phenylboronic acid based electrochemical saccharide sensor // Sensors and Actuators B: Chemical. — 2011. — V. 160. — № 1. — P. 405-411.

97. Zhong M., Teng Y., Pang S., Yan L., Kan X. Pyrrole-phenylboronic acid: A novel monomer for dopamine recognition and detection based on imprinted electrochemical sensor // Biosensors and Bioelectronics. — 2015. — V. 64 — P. 212-218.

98. MacDiarmid A. G. "Synthetic Metals": A Novel Role for Organic Polymers (Nobel Lecture) // Angewandte Chemie International Edition. — 2001. — V. 40. — № 14. — P. 2581-2590.

99. Lapkowski M. Electrochemical synthesis of linear polyaniline in aqueous solutions // Synthetic Metals. — 1990. — V. 35. — № 1-2. — P. 169-182.

100. MacDiarmid A. G., Epstein A. J. Polyanilines: a novel class of conducting polymers // Faraday Discussions of the Chemical Society. — 1989. — V. 88 — P. 317-332.

101. Boeva Z. A., Sergeyev V. G. Polyaniline: Synthesis, properties, and application // Polymer Science Series C. — 2014. — V. 56. — № 1. — P. 144-153.

102. Отрохов Г. В., Морозова О. В., Васильева И. С., Шумакович Г. П., Зайцева Е. А., Хлупова М. Е., Ярополов А. И. Биокаталитический синтез электропроводящих полимеров и перспективы его использования // Успехи биологической химии. — 2013. — V. 53 — P. 355-386.

103. Zotti G., Cattarin S., Comisso N. Cyclic potential sweep electropolymerization of aniline // Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. — 1988. — V. 239. — № 1. — P. 387-396.

104. Yang H., Bard A. J. The application of fast scan cyclic voltammetry. Mechanistic study of the initial stage of electropolymerization of aniline in aqueous solutions // Journal of Electroanalytical Chemistry. — 1992. — V. 339. — № 1-2. — P. 423-449.

105. Huang W. S., MacDiarmid A. G. Optical properties of polyaniline // Polymer. — 1993. — V. 34. — № 9. — P. 1833-1845.

106. Stafstrom S., Bredas J. L., Epstein A. J., Woo H. S., Tanner D. B., Huang W. S., MacDiarmid A. G. Polaron lattice in highly conducting polyaniline: Theoretical and optical studies // Physical Review Letters. — 1987. — V. 59. — № 13. — P. 1464-1467.

107. Huang W.-S., Humphrey B. D., MacDiarmid A. G. Polyaniline, a novel conducting polymer. Morphology and chemistry of its oxidation and reduction in aqueous electrolytes // Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 1: Physical Chemistry in Condensed Phases. — 1986. — V. 82. — № 8. — P. 2385-2400.

108. Focke W. W., Wnek G. E., Wei Y. Influence of oxidation state, pH, and counterion on the conductivity of polyaniline // The Journal of Physical Chemistry. — 1987. — V. 91. — № 22. — P. 5813-5818.

109. Karyakin A. A., Strakhova A. K., Yatsimirsky A. K. Self-doped polyanilines electrochemically active in neutral and basic aqueous solutions // Journal of Electroanalytical Chemistry. — 1994. — V. 371. — № 1. — P. 259-265.

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

A. Karyakin A., Vuki M., V. Lukachova L., E. Karyakina E., Orlov A., P. Karpachova G., Wang J. Processible polyaniline as an advanced potentiometric pH transducer. Application to biosensors // Analytical Chemistry. — 1999. — V. 71. — № 13. — P. 2534-2540.

Karyakin A. A., Maltsev I. A., Lukachova L. V. The influence of defects in polyaniline structure on its electroactivity: optimization of 'self-doped' polyaniline synthesis // Journal of Electroanalytical Chemistry. — 1996. — V. 402. — № 1-2. — P. 217-219.

Yue J., Epstein A. J., Macdiarmid A. G. Sulfonic Acid Ring-Substituted Polyaniline, A Self-Doped Conducting Polymer // Molecular Crystals and Liquid Crystals Incorporating Nonlinear Optics. — 1990. — V. 189. — № 1. — P. 255-261.

Abe Y., Amaya T., Inada Y., Hirao T. Characterization of self-doped conducting polyanilines bearing phosphonic acid and phosphonic acid monoester // Synthetic Metals. — 2014. — V. 197 — P. 240-245.

Karyakina E. E., Neftyakova L. V., Karyakin A. A. A Novel Potentiometric Glucose Biosensor Based on Polyaniline Semiconductor Films // Analytical Letters. — 1994. — V. 27. — № 15. — P. 2871-2882.

Karyakin A. A., Bobrova O. A., Lukachova L. V., Karyakina E. E. Potentiometric biosensors based on polyaniline semiconductor films // Sensors and Actuators B: Chemical.

— 1996. — V. 33. — № 1. — P. 34-38.

Deore B. A., Hachey S., Freund M. S. Electroactivity of Electrochemically Synthesized Poly(Aniline Boronic Acid) as a Function of pH: Role of Self-Doping // Chemistry of Materials. — 2004. — V. 16. — № 8. — P. 1427-1432.

Freund M. S., Deore B. A. Self-Doped Conducting Polymers. -: Wiley, 2007. - p.

Zhou Y., Dong H., Liu L., Liu J., Xu M. A novel potentiometric sensor based on a poly(anilineboronic acid)/graphene modified electrode for probing sialic acid through boronic acid-diol recognition // Biosensors and Bioelectronics. — 2014. — V. 60 — P. 231236.

Huh P., Kim S.-C., Kim Y., Wang Y., Singh J., Kumar J., Samuelson L. A., Kim B.-S., Jo N.-J., Lee J.-O. Optical and Electrochemical Detection of Saccharides with Poly(aniline-co-3-aminobenzeneboronic acid) Prepared from Enzymatic Polymerization // Biomacromolecules. — 2007. — V. 8. — № 11. — P. 3602-3607.

Hong S., Lee L. Y. S., So M.-H., Wong K.-Y. A Dopamine Electrochemical Sensor Based on Molecularly Imprinted Poly(acrylamidophenylboronic acid) Film // Electroanalysis. — 2013. — V. 25. — № 4. — P. 1085-1094.

Mooibroek T. J., Crump M. P., Davis A. P. Synthesis and evaluation of a desymmetrised synthetic lectin: an approach to carbohydrate receptors with improved versatility // Organic & Biomolecular Chemistry. — 2016. — V. 14. — № 6. — P. 1930-1933.

Li J., Zhang N., Sun Q., Bai Z., Zheng J. Electrochemical sensor for dopamine based on imprinted silica matrix-poly(aniline boronic acid) hybrid as recognition element // Talanta.

— 2016. — V. 159 — P. 379-386.

Sharma P. S., Pietrzyk-Le A., D'Souza F., Kutner W. Electrochemically synthesized polymers in molecular imprinting for chemical sensing // Analytical and Bioanalytical Chemistry. — 2012. — V. 402. — № 10. — P. 3177-3204.

Pauling L. A Theory of the Structure and Process of Formation of Antibodies* // Journal of the American Chemical Society. — 1940. — V. 62. — № 10. — P. 2643-2657.

Wulff G. Molecular Imprinting // Annals of the New York Academy of Sciences. — 1984.

— V. 434. — № 1. — P. 327-333.

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

Гендриксон О. Д., Жердев А. В., Дзантиев Б. Б. Молекулярно импринтированные полимеры и их применение в биохимическом анализе // Успехи биологической химии. — 2006. — V. 46 — P. 149-192.

Борзенкова Н. В., Веселова И. А., Шеховцова Т. Н. Возможности искусственных рецепторов в повышении селективности определения субстратов оксидоредуктаз // Вестник Московского Университета. — 2012. — V. 53. — № 5. — P. 291-311.

V. P. M. Adsorption properties and structure of silica gel // Zhurnal Fizieskoj Khimii/Akademiya SSSR. — 1931. — V. 2 — P. 799-805.

Dickey F. H. The Preparation of Specific Adsorbents // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 1949. — V. 35. — № 5. — P. 227-229.

Wulff G., Vesper W., Grobe-Einsler R., Sarhan A. Enzyme-analogue built polymers, 4. On the synthesis of polymers containing chiral cavities and their use for the resolution of racemates // Die Makromolekulare Chemie. — 1977. — V. 178. — № 10. — P. 2799-2816.

Panasyuk T. L., Mirsky V. M., Piletsky S. A., Wolfbeis O. S. Electropolymerized Molecularly Imprinted Polymers as Receptor Layers in Capacitive Chemical Sensors // Analytical Chemistry. — 1999. — V. 71. — № 20. — P. 4609-4613.

Malitesta C., Losito I., Zambonin P. G. Molecularly Imprinted Electrosynthesized Polymers: New Materials for Biomimetic Sensors // Analytical Chemistry. — 1999. — V. 71. — № 7. — P. 1366-1370.

Granot E., Tel-Vered R., Lioubashevski O., Willner I. Stereoselective and Enantioselective Electrochemical Sensing of Monosaccharides Using Imprinted Boronic Acid-Functionalized Polyphenol Films // Advanced Functional Materials. — 2008. — V. 18. — № 3. — P. 478484.

Sallacan N., Zayats M., Bourenko T., Kharitonov A. B., Willner I. Imprinting of Nucleotide and Monosaccharide Recognition Sites in Acrylamidephenylboronic Acid-Acrylamide Copolymer Membranes Associated with Electronic Transducers // Analytical Chemistry. — 2002. — V. 74. — № 3. — P. 702-712.

Li J., Liu L., Wang P., Yang Y., Zheng J. Amplified detection of saccharide based on redox-poly(phenol-co-3-hydroxyphenylboronic acid) coupling with a redox cycling // Sensors and Actuators B: Chemical. — 2014. — V. 198 — P. 219-224.

Yang X., Cheng Y., Jin S., Wang B., Mirsky V. M., Yatsimirsky A. K. Artificial Receptors for Chemical Sensors. -, 2011. - p.

Deore B., Freund M. S. Saccharide imprinting of poly(aniline boronic acid) in the presence of fluoride // Analyst. — 2003. — V. 128. — № 6. — P. 803-806.

Rick J., Chou T.-C. Using protein templates to direct the formation of thin-film polymer surfaces // Biosensors and Bioelectronics. — 2006. — V. 22. — № 4. — P. 544-549.

Inzelt G., Lang G. G. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) for Polymer Characterization // Electropolymerization: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010. — P. 51-76.

Inzelt G. Temperature dependence of the voltammetric response of polyaniline film electrodes // Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. — 1990. — V. 279. — № 1-2. — P. 169-178.

H.J. Schneider A. K. Y. Principles and Method in Supramolecular Chemistry. - Germany: JOHN WILEY & SONS, LTD, 2000. - 366 p.

142. Yan J., Springsteen G., Deeter S., Wang B. The relationship among pKa, pH, and binding constants in the interactions between boronic acids and diols—it is not as simple as it appears // Tetrahedron. — 2004. — V. 60. — № 49. — P. 11205-11209.

143. Otsuka H., Uchimura E., Koshino H., Okano T., Kataoka K. Anomalous Binding Profile of Phenylboronic Acid with N-Acetylneuraminic Acid (Neu5Ac) in Aqueous Solution with Varying pH // Journal of the American Chemical Society. — 2003. — V. 125. — № 12. — P. 3493-3502.

144. Cattarin S., Doubova L., Mengoli G., Zotti G. Electrosynthesis and properties of ring-substituted polyanilines // Electrochimica Acta. — 1988. — V. 33. — № 8. — P. 10771084.

145. Leclerc M., Guay J., Dao L. H. Synthesis and properties of electrochromic polymers from toluidines // Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. — 1988. — V. 251. — № 1. — P. 21-29.

146. Wei Y., Focke W. W., Wnek G. E., Ray A., MacDiarmid A. G. Synthesis and electrochemistry of alkyl ring-substituted polyanilines // The Journal of Physical Chemistry.

— 1989. — V. 93. — № 1. — P. 495-499.

147. Arsov L. D., Plieth W., KoBmehl G. Electrochemical and Raman spectroscopic study of polyaniline; influence of the potential on the degradation of polyaniline // Journal of Solid State Electrochemistry. — 1998. — V. 2. — № 5. — P. 355-361.

148. Marjanovic G. C., Trchova M., Stejskal J. The chemical oxidative polymerization of aniline in water: Raman spectroscopy // Journal of Raman Spectroscopy. — 2008. — V. 39. — № 10. — P. 1375-1387.

149. Yamaguchi S., Akiyama S., Tamao K. Colorimetric Fluoride Ion Sensing by Boron-Containing n-Electron Systems // Journal of the Americal Chemical Society. — 2001. — V. 123. — № 46. — P. 11372-11375.

150. Sartain F., Yang, X. and Lowe, C. Complexation of L-Lactate with Boronic Acids: A Solution and Holographic Analysis // Chemistry European Journal. — 2008. — V. 14. — № 13. — P. 4060 - 4067.

151. Serge Cosnier A. K. Electropolymerization: Concepts, Materials and Applications. -Germany: WILEY-VCH Verlag & Co. KGaA, 2010. - p.

152. Karyakin A. A., Nikulina S. V., Vokhmyanina D. V., Karyakina E. E., Anaev E. K. H., Chuchalin A. G. Non-invasive monitoring of diabetes through analysis of the exhaled breath condensate (aerosol) // Electrochemistry Communications. — 2017. — V. 83 — P. 81-84.

153. Pribil M. M., Laptev G. U., Karyakina E. E., Karyakin A. A. Noninvasive hypoxia monitor based on gene-free engineering of lactate oxidase for analysis of undiluted sweat // Analitical Chemistry. — 2014. — V. 86. — № 11. — P. 5215-5219.

154. Sakharov D. A., Shkurnikov M. U., Vagin M. Y., Yashina E. I., Karyakin A. A., Tonevitsky A. G. Relationship between Lactate Concentrations in Active Muscle Sweat and Whole Blood // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. — 2010. — V. 150. — № 1. — P. 83-85.

155. Harvey C. J., LeBouf R. F., Stefaniak A. B. Formulation and stability of a novel artificial human sweat under conditions of storage and use // Toxicology in Vitro. — 2010. — V. 24.

— № 6. — P. 1790-1796.