The influence of the shape of Au nanoparticles on the catalytic current of fructose dehydrogenase

Abstract

Graphite electrodes were modified with triangular (AuNTrs) or spherical (AuNPs) nanoparticles and further modified with fructose dehydrogenase (FDH). The present study reports the effect of the shape of these nanoparticles (NPs) on the catalytic current of immobilized FDH pointing out the different contributions on the mass transfer–limited and kinetically limited currents. The influence of the shape of the NPs on the mass transfer–limited and the kinetically limited current has been proved by using two different methods: a rotating disk electrode (RDE) and an electrode mounted in a wall jet flow-through electrochemical cell attached to a flow system. The advantages of using the wall jet flow system compared with the RDE system for kinetic investigations are as follows: no need to account for substrate consumption, especially in the case of desorption of enzyme, and studies of product-inhibited enzymes. The comparison reveals that virtually identical results can be obtained using either of the two techniques. The heterogeneous electron transfer (ET) rate constants (kS) were found to be 3.8 ± 0.3 s−1 and 0.9 ± 0.1 s−1, for triangular and spherical NPs, respectively. The improvement observed for the electrode modified with AuNTrs suggests a more effective enzyme-NP interaction, which can allocate a higher number of enzyme molecules on the electrode surface.

Los electrodos de grafito se modificaron con nanopartículas triangulares (AuNTrs) o esféricas (AuNP) y se modificaron aún más con fructosa deshidrogenasa (FDH). El presente estudio informa el efecto de la forma de estas nanopartículas (NP) sobre la corriente catalítica de FDH inmovilizada, señalando las diferentes contribuciones sobre las corrientes limitadas por transferencia de masa y cinéticamente limitadas. La influencia de la forma de las NP en la corriente limitada por transferencia de masa y la corriente limitada cinéticamente se ha demostrado mediante el uso de dos métodos diferentes: un electrodo de disco giratorio (RDE) y un electrodo montado en una celda electroquímica de flujo a través de chorro de pared unida a un sistema de flujo. Las ventajas de utilizar el sistema de flujo por chorro de pared en comparación con el sistema RDE para investigaciones cinéticas son las siguientes: no es necesario tener en cuenta el consumo de sustrato, especialmente en el caso de la desorción de enzimas y estudios de enzimas inhibidas por el producto. La comparación revela que se pueden obtener resultados prácticamente idénticos utilizando cualquiera de las dos técnicas. Se encontró que las constantes de velocidad de transferencia de electrones (ET) heterogéneas (kS) eran 3.8 ± 0.3 s-1 y 0.9 ± 0.1 s-1, para NP triangulares y esféricas, respectivamente. La mejora observada para el electrodo modificado con AuNTrs sugiere una interacción enzima-NP más efectiva, que puede asignar un mayor número de moléculas de enzima en la superficie del electrodo.