Doklady ChemistryDoklady ChemistryДоклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах2686-95353034-5111The Russian Academy of Sciences65191010.31857/S2686953524020014zsfamiCHEMISTRYХИМИЯResearch ArticleAntifouling coatings for electrochemical sensorsПротивообрастающие покрытия для электрохимических сенсоровPavlovaN. V.ПавловаН. В.
Russian Federation
crx-pavlova@rambler.ruMardanovR. G.МардановР. Г.
Russian Federation
crx-pavlova@rambler.ruBubeloO. N.БубелоО. Н.
Russian Federation
crx-pavlova@rambler.ruAll-Russian Institute of Scientific and Technical Information of the Russian Academy of SciencesВсероссийский институт научной и технической информации Российской академии наук15042024515131702022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/2686-9535/article/view/651910

Electrochemical sensors are extremely promising for the analysis of a number of organic and inorganic compounds both in biological fluids and natural waters during environmental monitoring due to easing operation, ease of miniaturization, low cost, low limits of analyte determination and the possibility of modifying electrodes with a wide range of organic and inorganic compounds and nanomaterials. One of the main problems limiting the use of electrochemical sensors is electrode fouling. The main way to solve this problem is antifouling coatings. Depending on the application, various additional requirements are imposed on the antifouling coatings, such as, for example, biocompatibility or mechanical strength. In this review, various types of antifouling coatings for sensors are considered, the main areas of application of certain coatings are indicated. The main emphasis is placed on non-biocidal coatings, as the most promising ones.

Электрохимические сенсоры весьма перспективны для анализа целого ряда органических и неорганических соединений как в биологических жидкостях, так и природных водах в ходе экологического мониторинга благодаря простоте эксплуатации, легкости миниатюризации, дешевизне, низким пределам определения аналита и возможностью модификации электродов широким спектром органических и неорганических соединений и наноматериалов. Однако обрастание электродов ограничивает применение электрохимических сенсоров. Основным способом решения данной проблемы является модификация электрода противообрастающими покрытиями. При этом, в зависимости от области применения, к противообрастающим покрытиям предъявляются различные дополнительные требования, такие как, например, биосовместимость или механическая прочность. В данном обзоре рассмотрены различные типы противообрастающих покрытий для сенсоров, указаны основные области применения тех или иных покрытий. Акцент сделан на безбиоцидные покрытия как наиболее перспективные.

electrochemical sensorfoulingantifouling coatingsbiosensorэлектрохимический сенсоробрастаниепротивообрастающие покрытиябиосенсорБудников Г.К., Майстренко В.Н., Вяселев М.Р. Основы современного электрохимического анализа. М.: Мир: Бином Л3, 2003. 592 с.Baranwal J., Barse B., Gatto G., Broncova G., Kumar A. // Chemosensors. 2022. V. 10. № 9. P. 363. https://doi.org/10.3390/chemosensors10090363Zhou L., Li X., Zhu B., Su B. // Electroanalysis. 2022. V. 34. № 6. P. 966–975. https://doi.org/10.1002/elan.202100406Figueroa-Miranda G., Wu C., Zhang Y., Nörbelet L., Lo Y., Tanner J.A., Elling L., Offenhäusser A., Mayer D. // Bioelectrochemistry. 2020. V. 136. 107589. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2020.107589Lu H., He B., Gao B. // Eng. Regeneration. 2021. V. 2. P. 175–181. https://doi.org/10.1016/j.engreg.2021.12.002Han R., Wang G., Xu Z., Zhang L., Li Q., Han Y., Luo X. // Biosen. Bioelectron. 2020. V. 164. 112317. https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112317Caratelli V., Ciampaglia A., Guiducci J., Guiducci J., Sancesario G., Moscone D., Arduini F. // Biosens. Bioelectron. 2020. V. 165. 112411. https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112411Lakard S., Pavel I.-A., Lakard B. // Biosensors. 2021. V. 11. № 6. 179. https://doi.org/10.3390/bios11060179Puthongkham P., Venton B.J. // ACS Sensors. 2019. V. 4. № 9. P. 2403–2411. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00994Vadgama P. // Sensors. 2020. V. 20. № 11. 3149. https://doi.org/10.3390/s20113149Campuzano S., Pedrero M., Yáñez-Sedeño P., Pingarrón J.M. // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. № 2. 423. https://doi.org/10.3390/ijms20020423Qui H., Feng K., Gapeeva A., Meurisch K., Kaps S., Li X., Yu L., Mishra Y.K., Adelung R., Baum M. // Prog. Polym. Sci. 2022. V. 127. 101516. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2022.101516Bauer M., Duerkop A., Baeumner A.J. // Anal. Bioanal. Chem. 2023. V. 415. P. 83–95. https://doi.org/10.1007/s00216-022-04363-2Jin H., Tian L., Bing W., Zhao J., Ren L. // Prog. Mater. Sci., 2022, V. 124, 100889. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2021.100889Piehler J., Brecht A., Valiokas R., Liedberg B., Gauglitz G. // Biosens. Bioelectron. 2000. V. 15. № 9–10. P. 473–481. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03756M. Li, Jiang Sh., Simon J., Paßlick D., Frey M.-L., Wagner M., Mailänder V., Crespy D., Landfester K. // Nano Lett. 2021. V. 21. № 4. P. 1591–1598. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03756Yang W., Zhou F. // Biosurface and Biotribology. 2017. V. 3. № 3. P. 97–114. https://doi.org/10.1016/j.bsbt.2017.10.001Choi Y., Tran H.-V., Lee T.R. // Coatings. 2022. V. 12. № 10. 1462. https://doi.org/10.3390/coatings12101462Jiménez-Pardo I., Van der Ven L.G.J., Van Benthem R.A.T.M., De With G., Esteves A.C.C. // Coatings. 2018. V. 8. № 5. 184. https://doi.org/10.3390/coatings8050184Wu J.-G., Chen J.-H., Liu K.-T., Luo S.-C. // Appl. Mater. Interfaces. 2019. V. 11. № 24. P. 21294–21307. https://doi.org/10.1021/acsami.9b04924Delgado A., Briciu-Burghina C., Regan F. // Sensors, 2021. V. 21. № 2. 389. https://doi.org/10.3390/s21020389Nien P.-C., Tung T.-S., Ho K.-C. // Electroanalysis. 2006. V. 18. № 13–14. P. 1408–1415. https://doi.org/10.1002/elan.200603552Gao N., Yu J., Tian Q., Shi J., Zhang M., Chen Sh., Zang L. // Chemosensors. 2021. V. 9. № 4. 79. https://doi.org/10.3390/chemosensors9040079Hsu C.-C., Liu T.-Y., Peng X.-Y., Cheng Y.-W., Lin Y.-R., Yang M.-C., Huang L.-Y., Liu K.-H., Yung M.-C. // Surf. Coat. Technol. 2020. V. 397. № 15. 125963. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125963Benoudjit A., Bader M.M., Salim W.W.A.W. // Sens. Bio-Sens. Res. 2018. V. 17. P. 18–24. https://doi.org/10.1016/j.sbsr.2018.01.001Yang X., Chen P., Zhang Xi, Zhou H., Song Z., Yang W., Luo X. // Anal. Chim. Acta. 2023. V. 1252. 341075. https://doi.org/10.1016/j.aca.2023.341075Singha P., Locklin J., Handa H. // Acta Biomater. 2017. V. 50. P. 20–40. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2016.11.070Lin C.-H., Luo S.-C. // Langmuir. 2022. V. 38. № 24. P. 7383–7399. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c00448Chen X., Noy A. // APL Mater. 2021. V. 9. № 2. 020701. https://doi.org/10.1063/5.0029994Chen S., Li L., Zheng J. // Polymer. 2010. V. 51. V. 23. P. 5283–5293. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2010.08.022Regev C., Jiang Z., Kasher R., Miller Y. // Molecules, 2022. V. 27. № 21. 7394. https://doi.org/10.3390/molecules27217394Jayakumar K., Lielpetere A. Domingo-Lopez D.A., Levey R.E., Duffy G.P., Schuhmann W., Leech D. // Biosens. Bioelectron. 2023. V. 219. 114815. https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.114815Klukova L., Bertok T., Petrikova M., Sediva A., Mislovicova D., Katrlik J., Vikartovska A., Filip J., Kasak P., Andicsová-Eckstein A., Mosnáček J., Lukáč J., Rovenský J., Imrich R., Tkac J. // Anal. Chim. Acta. 2015. V. 853. P. 555–562. https://doi.org/10.1016/j.aca.2014.10.029Bertok T., Klukova L., Sediva A., Kasák P., Semak V., Micusik M., Omastova M., Chovanová L., Vlček M., Imrich R., Vikartovska A., Tkac J. // Anal. Chem. 2013. V. 85. № 15. P. 7324–7332. https://doi.org/10.1021/ac401281tBertok T., Dosekova E., Belicky S., Holazova A., Lorencova L., Mislovicova D., Paprckova D., Vikartovska A., Plicka R., Krejci J., Ilcikova M., Kasak P., Tkac J. // Langmuir. 2016. V. 32. № 28. P. 7070–7078. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b01456Tan D., Li F., Zhou B. Int. J. // Electrochem. Sci. 2020. V. 15. № 9. P. 9446–9458. https://doi.org/10.20964/2020.09.56Li Y., Zhao S., Xu Z., Qiao X., Li M., Li Y., Luo X. // Biosens. Bioelectron. 2023. V. 225. 115101. https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115101Chungprempree J., Preechawong J., Nithitanakul M. // Polymers. 2022. V. 14. № 20. 4252. https://doi.org/10.3390/polym14204252Janczarek M., Hupka J., Kisch H. // Physicochem. Probl. Miner. Process. 2006. V. 40. P. 287–292.Chen Y., Liu B., Chen Z., Zuo X. // Anal. Chem. 2021. V. 93. № 30. P. 10635–10643. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c01973Patel J., Zhao B., Uppalapati B., Daniels R.C., Ward K.R., Collinson M.M. // Anal. Chem. 2013. V. 85. № 23. P. 11610–11618. https://doi.org/10.1021/ac403013rMatharu Z., Daggumati P., Wang L., Dorofeeva T.S., Li Z., Seker E. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. № 15. P. 12959–12966. https://doi.org/10.1021/acsami.6b15212Summerlot D., Kumar A., Das S., Goldstein L., Seal S., Diaz D., Cho H.J. // Procedia Engineering. 2011. V. 25. P. 1457–1460. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.12.360Chu Y., Zhou H., Wang X., Zhang H., Zhao L., Xu T., Yan H., Zhao F. // Microchem. J. 2023. V. 186. 108259. https://doi.org/10.1016/j.microc.2022.108259Guo J., Liu X., Wang A., Yu X., Ding L. // Microchem. J. 2022. V. 183. 107964. https://doi.org/10.1016/j.microc.2022.107964Goux A., Etienne M., Aubert E., Lecomte C., Ghanbaja J., Walcariusn A. // Chem. Mater. 2009. V. 21. № 4. P. 731–741. https://doi.org/10.1021/cm8029664Walcariu A., Sibottier E., Etienne M., Ghanbaja J. // Nat. Mater. 2007. V. 6. № 8. P. 602–608. https://doi.org/10.1038/nmat1951Huang J., Zhang T., Dong G., Zhu S., Yan F., Liu J. // Front. Chem. 2022. V. 10. 900282. https://doi.org/10.3389%2Ffchem.2022.900282Huang J., Zhang T., Dong G., Zhu S., Yan F., Liu J. // Front. Chem., Sec. Analytical Chemistry. –2022. – Volume 10, 900282. https://doi.org/10.3389%2Ffchem.2022.900282Verger L., Xu C., Natu V., Cheng H.-M., Ren W., Barsoum M.W. // Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2019. V. 23. № 3. P. 149–163.Babar Z.U.D., Ventura B.D., Velotta R., Iannotti V. // RSC Adv. 2022. V. 12. P. 19590–19610. https://doi.org/10.1039/D2RA02985EСметкин А.В., Майорова Ю.К. Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2015. Т. 17. № 4. С. 120–138. https://doi.org/10.15593/2224–9877/2015.4.09Singh C., Höfs S., Konthur Z., Hodoroaba V.-D., Radnik J., Schenk J.A., Schneider R.J. // ACS Appl. Eng. Mater. 2023. V. 1. P. 495–507. https://doi.org/10.1021/acsaenm.2c00118Lorencova L., Sadasivuni K.K., Kasak P., Tkac J. Ti3C2 MXene-Based Nanobiosensors for Detection of Cancer Biomarkers. In: Novel Nanomaterials. Krishnamoorthy K. (ed.). IntechOpen, 2021. https://doi.org/10.5772/intechopen.94309Yu R., Xue J., Wang Y., Qiu J., Huang X., Chen A., Xue J.J. // Nanobiotechnol. 2022. V. 20. 119. https://doi.org/10.1186%2Fs12951-022-01317-9Krishnamoorthy R., Muthumalai K., Nagaraja T., Rajendrakumar R.T., Das S.R. // ACS Omega. 2022. V. 10. V. 7. № 46. P. 42644–42654. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c06505Wu L., Lu X., Dhanjai, Wu Z.-S., Dong Y., Wan X., Zheng S., Chene J. // Biosens. Bioelectron. 2018. V. 107. P. 69–75. https://doi.org/10.1016/j.bios.2018.02.021Rhouati A., Berkani M., Vasseghian Y., Golzadeh N. // Chemosphere. 2022. V. 291. 132921. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132921Cheng H., Yang J. // Int. J. Electrochem. Sci. 2020. V. 15. V. 3. P. 2295–2306. https://doi.org/10.20964/2020.03.24Yang M., Wang L., Lu H., Dong Q. // Micromachines, 2023. V. 14. № 5. 1088. https://doi.org/10.3390/mi14051088Mehmandoust M., Li. G., Erk N. // Ind. Eng. Chem. Res. 2023. V. 62. V. 11. P. 4628–4635. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c03058Kanoun O., Lazarević-Pašti T., Pašti I., Nasraoui S., Talbi M., Brahem A., Adiraju A., Sheremet E., Rodriguez R.D., Ali M.B., Al-Hamry A. // Sensors. 2021. V. 21. № 12. 4131. https://doi.org/10.3390/s21124131Peltola E., Sainio S., Holt K.B., Palomäki T., Koskinen J., Laurila T. // Anal. Chem. 2018. V. 90. № 2. P. 1408–1416. http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.7b04793Medyantseva E.P., Gazizullina E.R., Brusnitsyn D.V., Ziganshin M.A., Mustafina A.R., Elistratova J.G., Brylev K.A., Budnikov H.C. // Anal. Lett. 2022. V. 55. № 11. P. 1757–1770. https://doi.org/10.1080/00032719.2021.2025384Zahran M., Khalifa Z., Zahrana M.A.-H., Azzema M.A. // Mater. Adv. 2021. V. 2. P. 7350–7365. https://doi.org/10.1039/D1MA00769FRen J., Han P., Wei H., Jia L. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. V. 6. № 6. P. 3829–3838. https://doi.org/10.1021/am500292yEnsafi A.A., Zandi-Atashbar N., Rezaei B., Ghiaci M., Chermahinia M.E., Moshiri P. // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 60926–60932. https://doi.org/10.1039/C6RA10698FLotfi Z., Gholivand M.B., Shamsipur M., Mahin mirzaei // J. Alloys Compd. 2022. V. 903. 163912. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.163912Bek F., Loessl M., Baeumner A.J. // Microchim. Acta. 2023. V. 190. 91. https://doi.org/10.1007/s00604–023–05666–6Yu T., Glennon L., Fenelon O., Breslin C.B. // Talanta. 2023. V. 251. 123758. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2022.123758