Изучение сенсорных свойств органических и полимерных пленок на твердой основе (1103011), страница 3
Текст из файла (страница 3)
4).Зависимость массы поглощенных паров от массычастицыМасса поглощенныхпаров, нг76543210050100150Масса частицы сорбента, нг200Рис. 4. Зависимость массы адсорбированныхпаров толуола на поверхности частиц диасорб-60-С16 от массы самих частиц сорбента.Кантилевер с прикрепленной частицей диасорб-60-С16 массой 78,6±4,9 нг (справа).Из рисунка 4 видно, что кривая, проведенная через экспериментальные точки зависимости поглощенной массы паров Δm от массы частиц силикагеля M, отлична отзависимости Δm ~ M2/3 для частицы, имеющей гладкую поверхность, как у микросфер изображенных на рис. 2. В случае монослойной сорбции для сорбента с максимальной фрактальной размерностью D = 3 изменение массы частицы Δm ~ MX,где Х = 1.
В зависимости, показанной на рис. 4, степенной коэффициент X > 1, чтоможет говорить о лучшей способности частиц с большей массой к мультислойной11сорбции, очевидно, обусловленной замедлением диффузии молекул сорбата вовнутренних порах крупной частицы.Метод резонансного микровзвешивания с использованием кантилевера позволяет оценить кинетические коэффициенты сорбции и десорбции паров, которыестоят в показателе экспоненты решения уравнения Ленгмюра: kсорб=kd+kaC. В случае десорбции концентрация сорбата над поверхностью близка к нулю и kсорб = kd.Масса сорбированных паров, нг1,2Десорбция частицей толуолаДесорбция частицей этанола0,8Чистый кантилевер в парах толуолаРис. 5. Кинетические кривыедесорбции паров этанола и паров толуола с поверхности частицы диасорб-60-С16.0,400100200300400500600700800-0,4Время, сРазличие сорбционных характеристик частицы диасорб-60-С16 при поглощении паров толуола и этанола объясняется тем, что модифицированная поверхностьданного сорбента сорбирует молекулы полярных растворителей (спиртов, ацетона,воды) хуже, чем неполярных (толуол, бензол, хлороформ) (см.
рис. 5). Коэффициентдесорбции, зависящий от энергии связи молекулы сорбата с адсорбентом, для этанола оказался большим, чем для толуола,что подтверждает гидрофобность модифицированного силикагеля.Глава 3 посвящена применениюразработанной микрокантилеверной системы(раздел2.2)дляисследованиясвойств самоорганизующегося рецепторногослоямолекулбис-4-(2-пиридилметиленаминофинил)дисульфидаРис.6.
Вверху: схема химической реакции бис4-(2-пиридилметиленаминофинил)дисульфидас золотой подложкой. Внизу: реакцияобратимого образования металлокомплекса.(лиганда), способных образовывать хелатный комплекс с ионами двухвалентныхметаллов: Co2+, Ni2+, Cu2+, как показано нарис.
6. Обратимое разрушение образовавшихся металлокомплексов в слое молекуллиганда осуществлялось посредством инкубации кантилевера в водном растворесоляной кислоты (10-2 М), которая производилась в течение 1 часа.12Хемосорбция лиганда на золотой стороне кантилевера сопровождалась изгибом балки в сторону растущего монослоя (рис. 7), т.е.
наблюдался эффект увеличения поверхностного натяжения. Данные по изменению краевого угла смачиванияотклонение кантилев ера при сорбциилиганда (0,001М)нормиров анное изменение краев ого угласмачив ания при сорбции лиганда (0,001М)Поверхностное натяжение,Н/м0,020-0,02024681012капливодына золотойподложке в зависимости отвремени ее инкубации врастворе лиганда (10-3М)-0,04соответствуют результатам,-0,06полученным-0,08помощьюмикрокантилеверной-0,1-0,12ссис-темы (рис.
7), которые гоВремя протекания процесса, чворят о том, что за 8 – 10Рис. 7. Хемосорбция лиганда 10-3 М из метанола на золотую поверхность. Данные изгиба кантилевера –верхняя кривая. Нормированное изменение краевогоугла смачивания капли воды на золотой подложке, модифицированной лигандом, с течением времени – нижняя кривая. Направление изгиба кантилевера показанона вставке.часов на золотой поверхности из раствора лиганда образуется плотно упакованный слой молекул.При помещении кан-тилевера в водный раствор, содержащий ионы Co2+, наблюдался его значительныйизгиб в сторону немодифицированной кремниевой поверхности (рис. 8а).
Данноеповедение системы обуславливалось увеличением зарядовой плотности рецепторного слоя за счет привнесения ионов атомов двухвалентных металлов, которые вместе с молекулами лиганда, иммобилизованными на золотой поверхности, образуютхелатные комплексы (рис. 6). После инкубации кантилевера в водном растворе соляной кислоты (10-2 M) наблюдалась его релаксация в исходное состояние, в котором он находился до момента помещения в раствор соли (рис.
8б). Таким образом, спомощью метода измерения силового изгиба кантилевера была подтверждена обратимость реакции образования металлокомплекса (см. рис. 6). Повторное помещениекантилевера в раствор соли вызывало отклик системы, аналогичный наблюдавшемуся в предыдущем цикле эксперимента (рис.
8в).13С понижением концентрации ионов кобальта в растворе величина деформацииПоверхностное натяжение,Н/м0,06a0,05бвРис. 8. Кинетика изгибакантилевера при последовательной инкубациив водных растворах: а)Co(ClO4)2·6H2O(кон-3центрация 10 М), б)HCl и в) Co(ClO4)2·6H2O(концентрация 10-3М).0,040,030,020,010050100150200250300350400Время протекания процесса, минкантилеверауменьшалась,апри концентрации10-7М соотношениесигнал/шумсоставляло2,3 ± 0,1,близкочтомини-мальному обнаруживаемому сигналу. Таким образом, можно заключить, что предельная концентрация обнаружения ионов кобальта в воде для описанной системысоставляла порядка 10-7 М.Конкурирующим фактором для сил электростатического отталкивания являются конформационные изменения молекул при образовании металлокомплексов.
Вслучае ионов Co2+ проявляется явное доминирование электростатических сил отталкивания, создающих в слое избыточное давление. На рисунке 9 показаны отклики кантилевера на первичный цикл инкубации в водном растворе (10-3 M) солейдвухвалентных металлов MX2·6H2O (где M – Co, Cu, Ni; X – ClO4). Наибольший силовой отклик соответствует нахождению кантилевера в водном растворе соли кобальта, а наименьший – в растворе соли меди. По данным электронной спектроскопии комплексов бис-4-(2-пиридилметиленаминофинил)дисульфида с ионамиCo(ClO4)2 6H2O (0,001M)0,06Рис. 9.
Кинетика изгиба кантилевера при инкубации вводных растворах: MX2·6H2O(M – Co, Cu, Ni; X – ClO4)(цикл 1, концентрация 10-3М).В правой части рисунка изображенысоответствующиеформы комплексов.Ni(ClO4)2 6H2O (0,001M)Cu(ClO4)2 6H2O (0,001M)Поверхностное натяжение,Н/м0,050,040,030,020,01001020304050607080-0,01Время протекания прорцесса, минметаллов было показано, что комплексы с никелем имеют форму плоского квадрата,комплексы с кобальтом – тетраэдральную форму, а форма комплекса с медью неможет быть определена однозначно на основе электронного спектра. Таким образом, можно заключить, что степень отклика кантилевера при комплексообразовании14непосредственно зависит также от формы комплекса, определяемой величиной затраченной энергии.Глава 4 содержит результаты исследования реакций афинного взаимодействия макромолекул антител на поверхности кантилевера со специфическими антигенами двух типов – гаптеномиРис.
10. Схема конкурентного иммуноанализа: А) кантилевер смонослойной пленкойантигенов; Б) адсорбция антител на специфическуюрецепторную поверхность кантилевера, содержащуюантиген; В) десорбцияантител с поверхностипод действием молекулантигена.высокомолекулярнымбелком,вследствиечегоразбита на две части. В разделе 4.1 предложен прототип анализатора опиатныхпрепаратов,поработающегоконкурентнойсхеме(рис. 10), аналитом для которого являлся морфин.
Внастоящей работе химическая иммобилизация антигена производилась посредствомего ковалентного конъюгирования с овальбумином и последующей прививки конъюгата к поверхности кантилевера для сохранения иммуногенных свойств морфина(рис. 10а). В соответствии с конкурентной схемой анализа (рис. 10) для полученияна поверхности кантилевера иммунных комплексов проводилась адсорбция антителна привитый конъюгат. Адсорбция антител кролика на поверхности кантилевера,содержащей морфин, сопровождалась изгибом балки в сторону рецепторного слоя(рис.
12). Такое поведение системы объясняется стремлением антител связать, поменьшей мере, две соседние молекулы конъюгата на поверхности, что вызываетэффективное натяжение белкового слоя. Этот факт был подтвержден также данными атомно-силовой микроскопии (рис. 11). При контакте гидрофобизированной поверхности слюды, модифицированной физически сорбированным конъюгатом морфин-овальбумина (рис.
11а), с антителосодержащей сывороткой было замечено возникновение агрегированных каплевидных образований (рис. 11б), которые свидетельствуют о том, что молекулы антител, связываясь с конъюгатом, инициируютповерхностное натяжение в белковой пленке.15аРис. 11. а) Слой конъюгатана поверхности гидрофобизированой слюды послемногократной промывки вфосфатном буфере (ФБ)(размер изображения 2,8х2,8мкм). б) Слой конъюгата наповерхности гидрофобизированой слюды после контакта с разбавленной в ФБсывороткой крови со специфическими антителами(размер изображения 2,8х2,8мкм).бКак видно из рис.
12, при сорбции антител из сыворотки крови кролика с разбавлением 1:150 кривая сорбции0,005экспоненциальнойаппроксимацииуравненияПоверхностное натяжение,Н/мудовлетворяетЛен-Степени разбавленияисходной сывороткикровииммунизированногокролика0-0,005гмюра и выходит на насыщение за-0,0150015050-0,01570–80 минут. При повышенныхконцентрациях сыворотки (1:50)-0,02-0,025из-за сильных флуктуаций интен--0,0301020304050607080Время протекания процесса, минсивности, связанных с оптическойРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
