Изучение сенсорных свойств органических и полимерных пленок на твердой основе (1103011)
Текст из файла
На правах рукописиКиселев Глеб АлександровичИЗУЧЕНИЕ СЕНСОРНЫХ СВОЙСТВ ОРГАНИЧЕСКИХ И ПОЛИМЕРНЫХПЛЕНОК НА ТВЕРДОЙ ПОДЛОЖКЕСпециальности 02.00.06 – высокомолекулярные соединения,01.04.07 – физика конденсированного состоянияАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква 2007Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов физическогофакультета Московского государственного университетаим. М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорЯминский Игорь ВладимировичОфициальные оппоненты:Доктор физико-математических наук, профессорГиваргизов Евгений ИнвиевичКандидат физико-математических наукПрохоров Валерий ВасильевичВедущая организация:Государственный научно-исследовательский институт физических проблемим. Ф.В.
ЛукинаЗащита состоится « 25 » апреля 2007 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 501.002.01 в Московском государственном университете им.М.В. Ломоносова по адресу: 119992 Москва, Воробьевы горы, МГУ, физический факультет, ауд. ___С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ.Автореферат разослан « » ___________ 2007г.Ученый секретарьДиссертационного совета Д 501.002.01кандидат физико-математических наук2Лаптинская Т.В.Общая характеристика работыАктуальность работы. Многие процессы, протекающие в тонких органических и полимерных слоях в настоящий момент недостаточно изучены в силу ограниченных возможностей большинства косвенных методов анализа свойств тонкихпленок.
При этом знания об энергетических причинах самоорганизации субьединицмонослоев и сил кооперативных взаимодействий биополимеров вблизи поверхностиявляются насущной необходимостью в областях сенсорных приложений, биосовместимых материалов и медицинских приборов, контактирующих с физиологическими жидкостями, таких как зонды, протезы, контактные линзы и т.д. Подобнаязадача актуальна также в исследованиях механизмов агрегации биополимеров вклеточных мембранах, приводящих к нарушениям ионного обмена и нейродегенеративным заболеваниям человека.Благодаря использованию современных микрокантилеверных преобразователей поверхностных реакций совместно с методами атомно-силовой микроскопии(АСМ) становится возможным получение более полной информации о морфологиии энергетических свойствах монослойных пленок, с чем связан интенсивный ростчисла публикаций по данной тематике в ведущих научных журналах.Появление кантилеверов во многом обусловлено интенсивным развитиематомно-силовой микроскопии.
Устройства с микромеханическими преобразователями зарекомендовали себя в качестве полноценного научного инструмента, применяемого в исследованиях межмолекулярных взаимодействий в монослойныхпленках низкомолекулярных веществ, биополимерных объектов, а также в областяххимии поверхностных реакций, биологии и медицине. Существенной особенностьюкантилевера, не имеющей альтернативных аналогов, является способность прямогоизмерения натяжения в пленках, помещенных на одну из его сторон.
Благодаряэтому информация о состоянии исследуемых объектов, получаемая с помощьюмикромеханических систем, оказывается уникальной и, вообще говоря, отличаетсяот той, которую дают распространенные методы анализа массы, а также оптических, и электрических свойств пленок. Уникальность информации состоит в том,что она непосредственно характеризует энергию межмолекулярных взаимодействий3внутри пленки, преобразующуюся в статический изгиб кантилевера (энергию аналитического сигнала).Основной целью диссертационной работы являлось получение новых экспериментальных данных с использованием зондовой микроскопии и микрокантилеверных систем о свойствах самоорганизующихся монослойных пленок сераорганических соединений, иммунных комплексов и белков, иммобилизованных на твердойподложке, и разработка методики иммобилизации биополимеров на поверхностикантилевера.
Методическая часть работы включала в себя также разработку научного прибора на основе атомно-силового микроскопа, позволяющего прецизионно измерять массу микрообъектов и латеральные напряжения в тонких пленках, помещенных на поверхность кантилевера. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи исследования.1. Выявить и охарактеризовать основные механизмы, инициирующие аналитический сигнал деформаций микрокантилеверного преобразователя при комплексации ионов двухвалентных металлов в рецепторном слое молекул бис4-(2-пиридилметиленаминофинил)дисульфида на примере самоорганизующихся монослоев сурфактантов: тиофенола, 4-аминотиофенола и гексантиола.2. Разработать методику ковалентной и физической иммобилизации биополимеров на кремниевой и золотой поверхностях кантилевера.
Исследовать морфологию рецепторных слоев прямых биополимерных кантилеверных анализаторов морфина и высокомолекулярного антигена – пероксидазы хрена(ПХ). Изучить механизмы, отвечающие за возникновение поверхностного натяжения в рецепторной пленке при различных методах иммобилизации молекул IgG в рецепторе.3.
С помощью АСМ исследовать процессы образования фибрилл лизоцима принизких pH из монослойных пленок на модифицированных гидрофильной игидрофобной поверхностях. Изучить кинетику и измерить абсолютные значения сил изгиба кантилевера на примере молекул лизоцима, привитых назолотой и кремниевой сторонах кантилевера. Построить схему расчета силпарных взаимодействий соседних белковых звеньев, находящихся на поверх-4ности кантилевера, исходя из данных о величине изгиба кантилевера и оструктуре монослойной пленки.4. Разработать методику закрепления микрочастиц и реализовать метод измерения их массы с использованием кантилевера атомно-силового микроскопа врезонансном режиме.
Провести сопоставление модельных и экспериментальных результатов определения массы с помощью кантилевера для оценки относительной погрешности измерения массы и разрешающей способностиразработанной системы микровзвешивания. Исследовать индивидуальныесорбционные свойства одиночных микрочастиц хроматографического сорбента (силикагеля с модифицированной поверхностью).Материалы и методы. Измерения проводились на атомно-силовом микроскопе ФемтоСкан (Центр перспективных технологий, Россия) в режиме прерывистого контакта на воздухе с использованием кантилеверов NSC14 (MikroMasch,Россия) из кремния с номинальной жесткостью 5 Н/м и резонансной частотой сканирования в диапазоне 150–170 кГц.
Обработка изображений осуществлялась с помощью программы ФемтоСкан Онлайн (Центр перспективных технологий, Россия).В качестве подложек для образцов были выбраны свежесколотые с золотым напылением (напылитель Eiko IB-3) и подвергнутые различным модификациям поверхности слюды. В качестве модификатора слюды (кремния в случае кантилеверов),аминирующего поверхность, использовался 3-аминопропилсилатран (АПС), дляаминирования золотой поверхности – 4-аминотиофенол.
Модификация аминированных поверхностей для последующей иммобилизации белков производилась спомощью глутарового альдегида. Остаточные альдегидные группы блокировалисьтрис-(гидроксиметиламинометаном).Измерение сил в пленках и массы на поверхности микрокантилеверов осуществлялось с помощью разработанного в рамках данной работы устройства, тестирование которого для экспериментов прецизионного контроля массы проводилось сиспользованием полистироловых калибровочных микросфер и пьезосканера атомно-силового микроскопа. Диаметр полистироловых микросфер определялся на растровом электронном микроскопе (HITACHI S-520). Для измерения массы использовались кантилеверы Nanosensors c резонансной частотой 320 кГц и жесткостью 42Н/м.
При измерении сил в тонких пленках применялись кремниевые консоли fpC015жесткостью 0,03 Н/м (изготовленные в Государственном научно-исследовательскоминституте физических проблем им. Ф.В. Лукина, Москва).Иммобилизация белков на поверхности кантилеверов и образцов для АСМпроводилась в одинаковых условиях путем непосредственного контакта поверхности и буфера с модификатором.Конъюгат морфин-овальбумин, сыворотка крови кролика, содержащая специфические антитела к морфину, растворы морфина были предоставлены сотрудниками Института физиологически активных веществ (ИФАВ). Эксперименты сданными веществами проводились на территории ИФАВ.Иммобилизатор IgG – белок А, пероксидаза хрена (ПХ), анти-ПХ-IgG кролика, бычий сывороточный альбумин (БСА) и овальбумин были предоставлены сотрудниками кафедры химической энзимологии химического факультета МГУ им.М.В.
Ломоносова.Низкомолекулярные сурфактанты (4-аминотиотиофенол, гексанотиол, тиофенол, бис-4-(2-пиридилметиленаминофинил)дисульфид, 3-аминопропилсилатран,трис-(гидроксиметиламинометан), глутаровый альдегид), буферные солевые растворы (фосфатный (pH = 7,0), ацетатный (pH = 4,5), глициновый (рН = 3,0)), растворы солей (MX2·6H2O, где M – Co, Cu, Ni и X – ClO4) были предоставлены сотрудниками кафедр органической химии, химии нефти и органического катализа химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.Научная новизна диссертации.1.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
