Biosensory to małe urządzenia, które wykorzystują technologię rozpoznawania biomolekularnego jako platformę do selektywnej analizy i są wykorzystywane ze względu na ich specyficzność, szybkość i niski koszt. Bioczujniki elektrochemiczne do wykrywania biomolekuł znajdują się w czołówce tej dziedziny ze względu na swoją prostotę, opłacalność i wysoką czułość. 1,3 Ogólna anatomia tych czujników to elektroda wyposażona w cząsteczkę rozpoznającą specyficzną dla markera biologicznego, który jest przedmiotem zainteresowania. Wiązanie biomarkera przez cząsteczkę rozpoznającą powoduje lokalną zmianę potencjału lub prądu, którą można wykryć za pomocą prostego pomiaru. Do tej pory ugrupowanie rozpoznawania może obejmować enzymy, 4-8 przeciwciał, 9-12 całych komórek, 13-16 receptorów, 17-20 peptydów21-23 i DNA24 i w dużej mierze koncentruje się na większych, biologicznych cząsteczkach. 25-28 Wysiłki badawcze w tej dziedzinie koncentrowały się głównie na immunoczujnikach, w których immunoglobulina jest unieruchomiana za pomocą aktywnego rdzenia redoks (takiego jak ferroken) i wykorzystywana do wykrywania przeciwciał będących przedmiotem zainteresowania. Badania te zostały wyłączone z zastosowań klinicznych ze względu na słabą precyzję i czasochłonność wynikającą z powikłań wynikających ze stosowania antygenu/przeciwciał. 1,3 Coraz więcej uwagi poświęca się wykrywaniu małych cząsteczek (poniżej 1 kg/mol), które mają znaczenie biomedyczne, żywnościowe i środowiskowe, a także mają znaczenie dla bezpieczeństwa narodowego. 29 Najbardziej znanymi przykładami urządzeń biosensorycznych są monitory do samokontroli, które są wyposażone w elektrody enzymatyczne z sitodrukiem sprzężone z kieszonkowym miernikiem amperometrycznym. Systemy te zazwyczaj wykorzystują metodę kulometryczną, w której mierzy się całkowitą ilość ładunku generowanego w reakcji utleniania glukozy w pewnym okresie czasu. Urządzenia nadające się do sprzedaży muszą być przenośne, wytrzymałe i trzymane w ręku, aby były łatwe w użyciu dla ogółu społeczeństwa.
Znaczniki redoks, takie jak ferrocene, są niezbędne do zapewnienia elektrochemicznej detekcji biomarkerów lub małych cząsteczek w roztworze, ponieważ większość biomarkerów nie jest wewnętrznie aktywna elektrochemicznie. 30-38 Ferrocen to cząsteczka metaloorganiczna, która jest złotym standardem w elektrochemii, co czyni ją doskonałym wyborem do integracji z biosensorami elektrochemicznymi. Aktywne gatunki redoks na bazie ferrocenu przyciągnęły już znaczną uwagę ze względu na ich niewielkie rozmiary, dobrą stabilność, wygodny dostęp do syntetyczności, łatwą modyfikację chemiczną, względną lipofilowość i łatwość strojenia redoks. 3,30-42 Małe cząsteczki oparte na rdzeniu ferrocenu są szeroko stosowane jako detektory jonów metali i małych cząsteczek. 32-38,43 Systemy ukierunkowane na większe gatunki, takie jak biomolekuły, wykorzystywały przyłączanie dużych przeciwciał lub immunoglobulin do pochodnych ferrocenu, które zostały osadzone na powierzchni elektrochemicznej. 1,3,39,44 W każdym przypadku potencjał i intensywność prądu pary redoks FeIII/FeII uległy zmianie po sprzężeniu molekularnym, tworząc w ten sposób nowy uchwyt spektroskopowy wskazujący na obecność cząsteczki analitu. Zmiana ta wynika z rozległego nakładania się na siebie, które występuje między układem pi pierścieni cyklopentadienylu a żelaznymi orbitalami d. Jeśli układ pi zostanie zmodyfikowany, tj. derywatyzowany lub poddany reakcji, to oddziaływanie orbitalne z kolei ulegnie zmianie. Będzie to miało wpływ na rdzeń Fe i może być obserwowane jako przesunięcie potencjału pary FeIII/FeII. 40,45,46 Te właściwości sprawiają, że taki system jest atrakcyjny do stosowania jako środek kwantyfikujący w elektrochemicznym teście immunologicznym lub bioczujniku.
Aby wytworzyć systemy zawierające ferrocen, specyficzne dla pojemności biosensorów, optymalne jest zmodyfikowanie jednego pierścienia Cp za pomocą bioreceptora specyficznego dla cząsteczki docelowej i wykorzystanie drugiego pierścienia Cp jako molekularnego łącznika z odczytem elektrochemicznym lub elektrodą (Rysunek 1). Synteza tych asymetrycznych pochodnych ferrocenu jest utrudniona przez reakcje uboczne i tworzenie się gatunków dimerycznych i polimerowych powstających w wyniku sieciowania międzycząsteczkowego. 47 Jednak chemia sprzęgająca wytwarzająca wiązanie amidowe jest najbardziej bezpośrednią drogą do uzyskania prostych pochodnych ferrocenu obejmujących składniki biologiczne, takie jak peptydy i ich metabolity. Dlatego techniki fazy stałej opracowane po raz pierwszy w latach 50. przez Merrifielda do syntezy peptydów mogą być stosowane do związków metaloorganicznych zawierających ferrosen. Dzięki zastosowaniu ortogonalnie podstawionej cząsteczki kwasu 1'-Fmoc-amino-ferrocen-1-karboksylowego, skonstruowano i szczegółowo opisano w niniejszym dokumencie układ ferrocenowy, który może zawierać ugrupowanie receptorowe (biotynę), odczyt elektrochemiczny (ferrocen) i składnik łącznikowy immobilizujący (cysteina). Omówiono syntezę tego biokoniugatu, a także dowody na unieruchomienie na powierzchni złota. Praca ta stanowi pierwszą prezentację systemu złożonego z biotyny, ferrocenu i aminokwasu do immobilizacji na powierzchni złota.