Диссертация (1150129), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Однако созданная для таких измерений монолитная мультисенсорнаяпроточная ячейка представляет самостоятельный интерес как сенсорный блок дляклинического анализатора. По этой разработке получен патент РФ.Для резистометрического определения дофамина были созданы чипы сразмещенными на них массивами ультратонких золотых нанопроволок (диаметром2-5 нанометров). Удельное сопротивление таких нанопроволок не являетсяконстантой, а зависит от состава среды, с которой контактирует чип –хемирезистор.
В ходе работы были синтезированы нанопроволоки, изготовленысенсоры (хемирезисторы), опробованы два способа нанесения проволок насубстраты, пути обеспечения надежного контакта нанопроволок с электродами,полученыданныеорезистометрическомоткликечиповсзолотыминанопроволоками на содержание галогенидов, пиридина и дофамина в растворах.5Пределобнаружениядофаминасоставил10-8 М, полученнаязависимостьсопротивления нанопроволок от концентрации дофамина свидетельствует о том,что его адсорбция на нанопроволоках подчиняется изотерме Ленгмюра.
Недостатокрезистометрического сенсора – низкая химическая стойкость и малый срок жизнинанопроволок.По результатам работы можно заключить, что в настоящее времянаилучшими являются вольтамперометрические сенсоры дофамина. Удалосьнадежно определять дофамин методами амперометрии и дифференциальнойимпульсной вольтамперометрии на золотых и на графитовых печатных электродах,до концентрации 10‒8 М, в том числе в реальных пробах мочи. В работе полученыданные, подтверждающие сведения о диффузионной природе лимитирующейстадии окисления дофамина на электродах.
Некоторые затруднения при анализе вмалых объемах (где трудно обеспечить перемешивание), вызванные этимобстоятельством, удается преодолевать, применяя массивы микроэлектродов.6ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ О ДОФАМИНЕ ИСЕНСОРАХ ДЛЯ ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯI.1. Общая характеристика нейротрансмиттеров (нейромедиаторов)Известно, что, нервные клетки управляют функциями организма с помощьюхимических сигнальных веществ - нейромедиаторов (лат.
mediator – посредник).Нейрoмедиаторы, или нейротрансмиттеры – короткоживущие веществалокальногодействия;осуществляютпередачуимпульсоввозбужденияиторможения нервной системы, меняя ионную проницаемость наружных клеточныхмембран [1, 2].Согласносовременнымпредставлениям [1, 2], нервный импульс(поступающийвызываетотнейронаосвобождениепоаксону)медиаторавсинаптическую щель (Рис. 1). Молекулымедиаторов реагируют со специфическимирецепторнымибелкамиклеточноймембраны, инициируя цепь биохимическихреакций,вызывающихизменениетрансмембранного тока ионов, что приводитРис. 1. Путь нервного импульса.Похимическойнейротрансмиттерныеприродекдеполяризациимембранывозникновению потенциала действия.нейротрансмиттеры можно разделитьаминокислоты(глутаминоваякислота,глицин,ина3,4-дигидроксифенилаланин и др.), биогенные амины (к ним же относятсякатехоламины) и нейропептиды (тиролиберин, соматостатин и др.).
Дофаминотносится к биогенным аминам, а именно к катехоламинам.Катехоламинами называют группу аминов, в молекулах которых содержитсяядро катехола. Катехол представляет собой дигидроксифенильное кольцо,называемое также пирокатехином, или орто-дигидроксибензолом. В молекуледофамина, как мы видим, тоже имеется такое кольцо:7ДофаминКатехолHONH2HOHOHOДофамин образуется путемдекарбоксилирования Lдигидроксифенилаланина (L-ДОФА),который получается при окислении Lтирозина. В свою очередь из дофамина вприсутствии кислорода и дофамин-βгидроксилазы образуется норэпинефрин(норадреналин), а из него – эпинефрин(адреналин) (Рис. 2).При расстройствах функций мозга,нервных, психических заболеваниях, а такжепри различных болевых синдромах, тревоге,страхе,стрессесодержаниянаблюдаетсядофаминавувеличениеразличныхбиологических объектах: спинномозговой иамниотической жидкостях, плазме, лимфе,моче, структурах мозга [3-5].Рис.
2. Путь образования дофамина.Как и у большинства нейротрансмиттеров, у дофамина существуютсинтетические аналоги, которые позволяют получать чувство удовольствияискусственным образом. В частности, это многие наркотики, (такие какамфетамин, кокаин, морфий, никотин, и многие другие). Одна клетка передаетсигналы дофамина с помощью рецепторов другой клетке, образуя электрическийсигнал.
Обычно неиспользованный дофамин возвращается в исходные клетки, но,например,кокаинблокируетвозврат,инейромедиаторскапливаетсявмежклеточном пространстве. Накопления дофамина создают эффект эйфории. С8другой стороны, со снижением уровня дофамина связывают процесс нормальногостарения.300С 2000 по 2015 более 1600 публикацийпо сенсорам допаминаЧисло публикаций250В 2016 - уже 137Интерес к дофамину возникал и продолжаетвозникать на протяжении многих лет. Работ по200электрохимическим и оптическим сенсорам150дофамина большое количество. За последние 15100лет имеется более 1600 публикаций, причем это50число из года в год растет (см.
Рис. 3). Как уже02000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014Рис. 3. Динамика публикаций посенсорам дофамина по даннымбазы Scopus.отмечалось во Введении, это свидетельствуетоб огромной потребности в таких сенсорах и отом, что существующие варианты не вполнепригодны для практического применения.Уровень дофамина в человеческом организме имеет решающее значение дляспособностей к обучению и памяти, для сердечно-сосудистой системы и почек, длячеловеческого поведения [6-8]. Отклонения от нормального уровня дофаминавызывает шизофрению, болезнь Паркинсона и ряд других проблем со здоровьем, втом числе наркоманию [9-12]. Нормальный уровень концентрации дофамина, взависимости от возраста, составляет от 0,1 до 0,4 нМ в крови, изменение в мочешире: от 0,1 до 2 мкм [13, 14]. Таким образом, в реальных образцах дофаминдолжен быть измерен при относительно низких концентрациях и в присутствииразличных мешающих агентов, в частности, аскорбиновой кислоты (АА) и мочевойкислоты (UA).I.2.
Химические сенсорыПоскольку работа посвящена электрохимическим сенсорам дофамина,кратко рассмотрим основные положения, относящиеся к химическим сенсорам.Химические сенсоры представляют собой один из важных инструментов,широко применяемых в химическом анализе, мониторинге состава различныхобъектов, в системах безопасности на различных производствах и на транспорте.Как отмечается в [15], химические сенсоры сочетают высокую эффективность(возможность идентификации и количественного анализа газообразных и жидких9фаз, в том числе в автоматическом режиме, с дистанционным контролем) спростотой и сравнительно низкой стоимостью. Химические сенсоры применяютпри контроле технологических процессов, в медицине, в сельском хозяйстве, примониторинге окружающей среды и т.д.
Накоплен большой материал по теории ихфункционированияипрактическомуприменению.Химическиесенсорыэволюционировали от потенциометрических, начиная со стеклянных электродовдля определения рН к ионоселективным электродам (ИСЭ) с кристаллическими иполимернымимембранаминаосновеионофоров,далеепоявилисьвольтамперометрические, оптические сенсоры, сенсоры на основе акустическихволн и кварцевых микровесов.В настоящее время нет строгого понятия «сенсор», и в литературе вразличные периоды можно было встретить несколько названий, близких к термину«сенсор», таких, как датчик, электрод, первичный преобразователь и т.д. [15].Можно согласиться с общим определением, охватывающим все возможные видысенсоров: «Сенсор – это первичное устройство, реагирующее (откликающееся) наизменениеопределенныхсвойствокружающейсредыипозволяющеерегистрировать этот отклик в виде соответствующего электрического (оптическогоили др.) сигнала» [15].Особый класс сенсоров, которые либо предназначены для определениябиологически-важных аналитов, либо функционируют на основе тех или иныхбиологических процессов, составляют биосенсоры [16].I.3.
Cенсоры для определения дофаминаЗдесь мы кратко опишем современный уровень достижений в областисенсоров дофамина, опираясь на литературные данные последних лет, найденныенами при помощи базы Scopus. Основные усилия исследователей направлены надостижениечувствительностикдофаминупривсеболеенизкихегоконцентрациях, и на обеспечение селективности отклика в присутствии агентов,мешающих его определению, прежде всего – аскорбиновой и мочевой кислот.Как уже отмечалось, известно огромное количество работ, посвященныхсенсорам для определения дофамина, причем число таких работ из года в год10возрастает практически экспоненциально.
Новые публикации по таким сенсорампоявляются постоянно. Поэтому мы не пытаемся охватить в этом обзоре весьмассив литературы по сенсорам дофамина, а постараемся выделить те работы,результаты которых показались нам наиболее важными.Известны оптические сенсоры дофамина, в том числе флуоресцентные.Предложен флуоресцентный сенсор дофамина на основе Cu (II) комплексапроизводной бензимидазола [17].
Сообщалось об успешном определении дофаминав моче на уровне 50 нМ с помощью флуоресцентного сенсора [18]. Сенсор,сочетающийфлуоресцентныйиколориметирическийотклик,наосновенанокластеров золота, стабилизированных бычьим альбумином, описан в работе[19]. Этот сенсор позволяет селективно определять дофамин до концентрации 2∙10‒7М. Флуоресцентные сенсоры дофамина используются, в том числе, как детекторыв капиллярном электрофорезе [20]. Другие оптические сенсоры обладаютсущественно худшими пределами определения.
Например, спектрофотометрияпозволяет определять дофамин до концентрации 2,5∙10‒6 М [21].Переходя к электрохимическим сенсорам, отметим, что огромное числоработ по электрохимическим сенсорам дофамина в значительной мере связано стем, что регистрация электрохимического сигнала, как правило, требуетсущественно менее дорогостоящего оборудования, электрохимические измерениялегко поддаются автоматизации, их результаты обычно легче обрабатыватьсоответствующим математическим обеспечением.Начнемспотенциометрическихсенсоровдофамина.Описанионоселективный электрод (ИСЭ), содержащий в качестве дофамин-селективногоионообменникаполи-N-фенилглицин[22].Такжебылразработантвердоконтактный ИСЭ с полимерной мембраной, содержащей гептакис (2,3,6-трио-метил)-β–циклодекстринвкачествеионофораитетракис-[3,5-бис(трифторметил) фенил] борат натрия в качестве ионной добавки [23].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
