Автореферат (1150128)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиМУРАТОВАИрина СергеевнаЭлектрохимические сенсоры для определения нейротрансмиттеровСпециальность 02.00.04 – физическая химияАВТОРЕФЕРАТдиссертация на соискание учёной степеникандидата химических наукСАНКТ-ПЕТЕРБУРГ2016Работа выполнена на кафедре физической химии Института химииСанкт-Петербургского государственного университетаНаучный руководитель:доктор химических наук, профессорМихельсон Константин НиколаевичОфициальные оппоненты:доктор химических наук, профессор,ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский)федеральный университет»Евтюгин Геннадий Артуровичкандидат химических наук, доцент,ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургскийгорный университет»Лобачева Ольга ЛеонидовнаВедущая организация:ФГБОУ ВО Московскийгосударственный университет имениМ.В.
ЛомоносоваЗащита диссертации состоится ……… 2016 г. в …….. часов на заседанииДиссертационного Совета Д-212.232.40 по защите докторских и кандидатскихдиссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете поадресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний проспект В.О., д. 41/43, БХА.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотекеим. А.М.
Горького, 199034, СПбГУ, Университетская наб., д. 7/9.Автореферат разослан «» ………………… 2016 г.Учёный секретарьдиссертационного советакандидат химических наук, доцентН.Г. Суходолов2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыНейротрансмиттеры (нейромедиаторы) – вещества, ответственные за передачунервного импульса. Контроль содержания нейротрансмиттеров вбиологических образцах имеет огромное практическое значение дляклинической диагностики таких заболеваний как феохромоцитома (опухольхромафинных клеток надпочечников), нейробластома (злокачественнаяопухоль, обычно обнаруживаемая у детей), ганглиома (доброкачественнаяопухоль сухожильных нервных ганглиев), болезнь Паркинсона, а также приразличных психических заболеваниях и болевых синдромах.Типичным и важнейшим представителем нейротрансмиттеров являетсядофамин.
Он служит важной частью «системы поощрения» мозга, вызываетчувство удовлетворения, влияет на процессы мотивации и обучения. Известнобольшое количество электрохимических и оптических сенсоров дофамина.Электрохимические сенсоры дофамина основаны на различных принципахполучения аналитического сигнала: вольтамперометрия, электрохимическийимпеданс, потенциометрия.
Число научных публикаций по сенсорамдофамина за последние 15 лет превышает 1600 (по данным Scopus), ипродолжает экспоненциально расти: 137 публикаций за первые 5 месяцев 2016г. Эта статистика свидетельствует об огромной потребности в таких сенсорах, и отом, что существующие варианты недостаточно хороши для практическогоприменения. Основные проблемы определения дофамина в реальных объектах(кровь, моча) связаны с необходимостью измерений при низкихконцентрациях (10-9 – 10-8 М) в присутствии веществ, препятствующиханализу, прежде всего аскорбиновой и мочевой кислот, в образцах малыхобъемов.
Таким образом, требуется сенсор, сочетающий крайне низкиепределы обнаружения, высокую селективность и миниатюрность.Анализ публикаций по сенсорам дофамина показывает, что в большинствеслучаев исследователи используют какой-то один подход, чаще всего –вольтамперометрию с модифицированными электродами. Представляетсяактуальным рассмотреть проблему создания такого сенсора шире, сопоставитьвозможности нескольких электрохимических методов, функционированиекоторых основано на разных физико-химических процессах.Цель работы:на основе сопоставления достоинств и недостатков электрохимическихсенсоров дофамина с различными принципами действия выявить наиболееперспективный подход к созданию сенсора, пригодного для анализа надофамин в пробах объемом до 1 мл, при физиологических концентрацияхцелевого аналита и сопутствующих ему веществ.Задачи работы31.Исследование возможности потенциометрического определениядофамина с помощью ионоселективных электродов на основе ионофоров:использование способности дофамина к протонированию и участию впроцессах ионного обмена между фазами исследуемого образца и сенсора.2.Создание хемирезистора с массивом (сетью) золотых нанопроволок иисследование возможностей резистометрического определения дофамина:использование способности дофамина к адсорбции на поверхности золота.3.Исследование возможностей определения дофамина с помощьювольтамперометрических ячеек с планарными золотыми и графитовымиэлектродами известных и новых конструкций: использование способностидофамина к участию в окислительно-восстановительных процессах наэлектродах.4.Сопоставление полученных результатов, выявление наилучшего наданный момент подхода к созданию сенсора дофамина и возможныхперспектив.Научная новизна1.Продемонстрирована возможность резистометрического определениягалогенидов, пиридина и дофамина.2.Полученыданные,свидетельствующиеоперспективностииспользования потенциала распределения для создания электрода сравнениябез жидкостного соединения, пригодного для потенциометрическихизмерений.3.Обнаружено значительное увеличение разделения пиков окисления ивосстановления в циклических вольтамперограммах на электроде из сетинанопроволок,посравнениюсмакроскопическимзолотом,свидетельствующее о нарушении эквипотенциальности нанопроволоквследствие их высокого сопротивления.4.Полученные зависимости тока пика окисления дофамина от скоростиразвертки потенциала, а также вид спектров электрохимического импеданса,дают дополнительные свидетельства того, что лимитирующей стадиейокисления дофамина на золоте является диффузия дофамина в растворе.Практическая значимость работы1.Разработана новая конструкция проточной мультисенсорной ячейки дляпотенциометрического анализа и технология ее изготовления.2.Разработан способ формирования сети металлических нанопроволок наэлектроде путем их прямого синтеза на подложке кремний/оксид кремния, исоздания хемирезистора для измерений в пробах объемом 20 мкл.3.Разработана конструкция вольтамперометрической ячейки дляизмерений в объемах до 200 мкл, а также способ ее изготовления сиспользованием планарных печатных электродов.44.Разработанапроцедуравольтамперометрическогоопределениядофамина в реальных образцах мочи с помощью электрохимическиактивированных планарных графитовых электродов в пробах объемом 200мкл.Методика эксперимента и использованное оборудованиеПотенциометрия (8-ми канальная компьютеризованная станция Экотест-120),циклическаявольтамперометрия,дифференциальнаяимпульснаявольтамперометрия, амперо- и хроноамперометрия, электрохимическийимпеданс, (потенциостат-гальваностат Autolab 302N с приставкой частотногоанализатора FRA-2, Metrohm) проведены в лаборатории ионометрии кафедрыфизической химии Института химии СПбГУ.
Изготовление хемирезисторов(оборудование «чистой комнаты») и резистометрия (анализаторэлектрических свойств Keithly 4200 SCS) проведены в Forschungs Zentrum Julich,Юлих, Германия. Материаловедческие исследования: UV-Vis спектроскопия(Lambda 900, PerkinElmer), эллипсометрия (Sentech SE800), СЭМ и АСМмикроскопия (Zeiss Gemini 1550) проведены в Forschungs Zentrum Julich, Юлих,Германия и РЦ «Геомодель» приборного парка СПбГУ.Использованы планарные печатные золотые и графитовые электроды GwentGroup Advanced Material Systems, Великобритания, чипы с массивамиплатиновых «микро» электродов Biomedical Microsensors Lab. NC State Univ.США.Препаративноеобрудование:электронныевесыВЛ-210,ультразвуковая баня Elmasonic, «ELMA-Hans Schmidbauer Gmb», Германия,роллер-миксер «MOVIL-ROD», Испания, деионизатор «Milli-Q Reference»,Франция, дозаторы Ленпипет.Связь работы с научными программами, планами, темамиРаботавыполненавИнститутехимииСанкт-Петербургскогогосударственного университета (2013–2016 гг.) в рамках НИР 12.0.16.2010«Физическая химия ионообменных материалов на основе стекол, полимеров,керамики.
Установление и уточнение закономерностей, связывающих ихсостав и степень дисперсности с физико-химическими свойствами», НИР12.38.17.2011«Влияниегальваностатическойполяризациинаэлектрохимические и оптические свойства систем на основе ионофоров», НИР12.38.235.2014 «Стабилизация электрического Гальвани-потенциала в областиграницы раздела фаз водных растворов и сенсорных слоев (мембран)электрохимических и оптических сенсоров на основе ионофоров – путь ксозданию твердого электрода сравнения и ионных оптодов», проекта РФФИ«Вклады ионного обмена и необменной сорбции электролитов в величиныэлектрическогопотенциалаипроводимостивсистемахраствор/мембрана/раствор», грант 15-03-04514 и при финансовой поддержкеФонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-техническойсфере, грант «УМНИК» 7016GU/2015.
Резистометрическая часть работы5выполнена в ходе стажировки И.С. Муратовой в Forschungs Zentrum Julich,Юлих, Германия в 2014 г.На защиту выносятся следующие положения1.Разработанная проточная мультисенсорная потенциометрическаяячейка представляет самостоятельный интерес, в том числе в качестве блокадля клинического анализатора для диагностических целей, а также дляфундаментальных исследований в области медицины и биологии.2.Метод изготовления хемирезисторов путем прямого синтезаультратонких золотых нанопроволок на чипах обладает преимуществом посравнению с размещением нанопроволок с помощью микрофлюидногоканала.3.Адсорбция дофамина на поверхности золотых нанопроволокподчиняется теории адсорбции Ленгмюра.4.Сильное разделение пиков окисления и восстановления циклическихвольтамперограмм электрода, представляющего собой сеть золотыхнанопроволок, обусловлена нарушением эквипотенциальности такогоэлектрода вследствие высокого омического сопротивления нанопроволок.5.Электрохимическая активация поверхности немодифицированныхпечатных планарных графитовых электродов дает возможностьвольтамперометрического определения дофамина в реальных образцах мочи.Апробация работыРезультаты работы доложены на следующих российских и международныхконференциях: VII Всероссийская конференция молодых ученых, аспирантови студентов с международным участием по химии и наноматериалам«Менделеев-2013», 2013 г., Санкт-Петербург, Россия, IX Международнаяконференция молодых ученых по химии «Менделеев-2015», Неорганическиематериалы и нанотехнология, 2015 г., Санкт-Петербург, Россия, 4thInternational Conference on Biosensor Technologies, 2015, Лиссабон,Португалия, XXIII International Symposium on Bioelectrochemistry andBioenergetics of the Bioelectrochemical Society, 2015, Мальмё, Швеция, IВсероссийская конференция с международным участием «Химический анализи медицина», 2015, Москва, Россия, ХХ Санкт-Петербургская Ассамблеямолодых ученых и специалистов, 2015, Санкт-Петербург, Россия.ПубликацииПо теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 2 статьи вжурналах из перечня ВАК, 1 патент и 6 тезисов докладов на конференциях.6Объём и структура работыДиссертация состоит из Введения, шести глав, Заключения, Выводов и Спискалитературы.
Она изложена на 147 страницах, содержит 5 таблиц, 92 рисунка и158 наименований цитируемой литературы.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо Введении кратко обоснована актуальность темы, кратко обозначена цельработы,аргументированвыборобъектовисследования,краткоохарактеризованы основные результаты.Глава I представляет собой обзор литературных данных, относящихся кдофамину как важнейшему и типичному представителю нейротрансмиттеров,а также данных о существующих сенсорах для его определения, прежде всего– электрохимических, с кратким обсуждением достоинств и недостатков рядаконкретныхсенсоров.Изложеныфизико-химическиеосновыфункционирования потенциометрических сенсоров: ионоселективныхэлектродов (ИСЭ) и измерительных блоков клинических анализаторов.Обсуждаетсявозможностьсозданияэлектродасравнения,функционирующего на основе потенциала распределения электролитаумеренной липофильности.
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}
