Диссертация (1150270), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Предложеннаяметодика позволила обнаруживать одновременно пять подтипов вируса, в томчисле и высокопатогенный штамм вируса гриппа А (H1N1). Чувствительность испецифичностьпредложеннойметодикисоставила96.8%и92.8%,соответственно. Данное устройство давало ответ по истечению 3-х часов, что внесколько десятков раз быстрее классических подходов. Подобная микрочиповаясистема с микрочипами VereChip применена авторами этой научной группы вработе [46] для анализа 26 тропических болезней в более чем 170 клиническихобразцах. Пределы обнаружения находились в диапазоне 10 2 – 103 ДНК или РНКкопий в пробе.
Диагностическая чувствительность, которая определяетсяотношениемчислаистинно-положительныхпробкобщемуколичествупроанализированных проб, включая ложноотрицательные пробы, находилась вдиапазоне 83.1–91.3%, а диагностическая специфичность, которая представляетвеличину отношения истинно-отрицательных проб к общему числу проб, включаяложноположительные — в диапазоне 99.3–100%.Высокое соотношение площади поверхности к объему ячейки дляреакционных камер и каналов ОТПЦР микрочипов приводит к возрастаниювлияния взаимодействий между поверхностью и молекулами реакционной смесина эффективность проведения реакции. Для успешного проведения ПЦР намикрочипе требуется модификация внутренней поверхности реакционной камерыили микроканала [5].
Прежде всего, рабочая поверхность должна быть очищена отзагрязнений, в том числе и биологических, которые могут помешать проведению~ 22 ~ПЦР. На сегодняшний день существует большое количество различных способовочистки поверхности. Помимо очистки важно придать поверхности требуемыесвойства, такие как гидрофильность, гидрофобность, инертность.В качестве подложек для микрочипов принято использовать экономичныематериалы, которые обладают высокими коэффициентами теплопроводности илегко обрабатываются.
Наилучшее сочетание этих характеристик для ПЦРмикрочипов достигнуто для алюминия и кремния [48]. Высокая трудоемкостьизготовления микрочипов из кремния накладывает некоторые ограничения на ихиспользование в рутинном анализе, в то время, как алюминиевые подложки могутбыть изготовлены достаточно легко. Однако, при использовании алюминия вусловиях ПЦР существуют некоторые трудности. Так, алюминий активновступает в реакцию с ПЦР-буфером (pH 8.3, при 95 °С) по следующей схеме:Al + nOH– + H2O → [Al(OH)n]3–n + H2↑.В процессе реакции образуются газообразные продукты, которые затрудняютдетектирование флуоресценции в ячейках микрочипа. Кроме того, появлениепузырьков увеличивает риски взаимного смешивания нескольких образцов, чтоможет привести к получению недостоверных результатов анализа.I.3.Способы модифицирования и пассивации поверхности алюминиевыхОТПЦР микрочипов и методы исследования полученных пленокI.3.1.
Классические методы обработки поверхности алюминиевых изделийБольшинство из известных способов пассивации алюминия несовместимы сдальнейшим применением полученных подложек для ОТПЦР. Так, прихимическом травлении [49] поверхность подложки загрязняется и становитсярыхлой, вследствие чего микрореакторы прогревались бы неравномерно.Химическая пассивация [50] может повлечь за собой появление в реакционнойсмеси посторонних ионов переходных металлов, ингибирующих ПЦР, к тому же,травление в растворах, содержащих, например, Cr (III), создает серьезную угрозу~ 23 ~для человеческого здоровья и окружающей среды ввиду токсичности реагентов[51]. Создание пассивирующих пленок на поверхности алюминия путём реакции смодификаторами в жидкой фазе требует применения дорогостоящих реагентов,растворенныхворганическихрастворителях,чтозначительноснижаеттехнологичность серийного производства [52].I.3.2.
Плазмохимическое осаждение пленок из газовой фазыЭффективным способом синтеза тонких пленок на поверхности металловявляется плазмохимическое осаждение из газовой фазы (ПХО, англ. PECVD —Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition) [53].Плазменная полимеризация позволяет получать покрытия толщиной порядкадесятковисотеннанометроввысокойадгезиейксубстрату,низкойрастворимостью, высокой термостабильностью.
Используя ПХО в качествемономеров можно использовать даже насыщенные углеводороды. В работах [54,55, 56] в ходе модификации поверхности алюминия методом ПХО достигнутавысокая коррозионная стойкость полученных покрытий.Плазмохимическое осаждение из газовой фазы обладает рядом преимуществотносительно других методов модификации поверхности. Так, в результатеуправления широким спектром параметров ПХО можно контролировать состав имикроструктуру пленок.
Полученные пленки имеют высокую плотность упаковки(около 98%), что обуславливает их прочность и стабильность. При этомхарактеристики пленок могут колебаться в зависимости от толщины. Этосвойство используется для изготовления оптических устройств, твердых ипрочных защитных покрытий, биомедицинских материалов. Немаловажно такжеотметить, что с помощью ПХО получать покрытия однородной толщины насубстратах различной формы, в том числе и на трехмерных.
Метод ПХОобеспечивает высокие скорости осаждения (до 1–10 нм/с и больше), чтозначительно превосходит другие традиционные вакуумные методы модификации.~ 24 ~I.3.3. Механизмы плазмохимического осажденияОбщий механизм полимеризации в плазме представляется следующимобразом. При неупругом соударении электронов с молекулами возникаетвозбуждение электронных уровней, что приводит к частичной диссоциациимолекул на осколки (ионы и радикалы), которые могут вступать в реакциюдруг с другом или с молекулами исходного вещества.Распределение электронов по энергиям приводит к тому, что в молекулахсложных органических веществ уже при первичном акте взаимодействиявозбуждаются различные электронные состояния, в результате чего образуютсяразнообразные осколки диссоциации.
Кроме того, высокие давления в ближнейзоне разряда способствуют протеканию вторичных процессов в газовой фазе,например, органические молекулы могут распадаться под действием свободныхрадикалов и реагировать с атомами водорода, которые образуются в результатепервичных реакций.Скорость образования твердых полимеров на поверхности в значительнойстепениисходныхопределяется соотношением числа атомов углерода и водорода всоединениях.Максимальнаяскоростьобразованияполимеровхарактерна для ароматических соединений и почти на порядок превышаетскорость образования полимеров для углеводородов алифатического ряда.Полимеризация в плазме может протекать как в объеме камеры, так и наповерхности (рис. 7).~ 25 ~Рис.
7. Схема процессов, описывающих плазмохимическое осаждение из газовой фазы [54].Полимерные соединения, образующиеся при объемной полимеризации иотлагающиеся на электродах или стенках реактора, являются, как правило,порошкообразными веществами с большой пористостью и слабой адгезией кповерхности. При полимеризации на поверхности удается получать плотныепленки, обладающие хорошими диэлектрическими свойствами и адгезией.В условиях ПХО в камере синтеза параллельно протекают следующиефизико-химические процессы: радикальная полимеризация, при которой из радикалов, продуцируемых вплазме,формируетсярегулярнаяструктураполимера(линейногоилиразветвленного); ионная цепная полимеризация (катионная, анионная), в процессе которойпроисходит образование разветвленных/линейных полимеров; фрагментация и рекомбинация при условиях большого избытка энергии, чтоприводит к образованию олигомеров и «полимеров» нерегулярной структуры свысокой концентрацией радикалов и нежелательного кислорода, а также с~ 26 ~высокой степенью ненасыщенности; в этом случае могут образовываться такжепромежуточные продукты, сходные с обычными полимерами; сшивание полимерных цепей в результате рекомбинации радикалов, а такжепод воздействием УФ-излучения плазмы [57].I.3.4.
Основные реакции ПХО, используемые для модификации поверхностиалюминияОсновныемономерыПХО,которыечащевсегоиспользуютдлямодификации поверхности алюминия, можно условно разделить на два большихкласса: кремний-органические соединения и разнообразные углеводороды.В работе [58] впервые подтверждается точный механизм ПХО прииспользованиив качестве мономера гексаметилдисилоксана (ГМДС).
ВнизкотемпературнойплазмеГМДСодновременнопроисходитдваконкурирующих процесса, а именно:а) газофазная реакция разложения ГМДС с образованием аморфногодиоксида кремния:(CH3)3–Si–O–Si– (CH3)3 →12O2 + 2SiO2 + 6CO2 + 9H2O;б) рекомбинация радикалов в плазме ГМДС, в результате которой наповерхности образуются разветвленные структуры:.При использовании в качестве мономеров углеводородов (в методе ПХОприменяют такие нетрадиционные мономеры, например, алканы) рост слабо~ 27 ~структурированной пленки происходит на центрах роста – свободных химическихсвязях, вызванных разрывом связей С–Н и С–С. Необходимая для этого энергиявыделяется в результате рекомбинации положительных ионов, приходящих изплазмы, с электронами подложки [59].Во многих реакциях ПХО ключевым промежуточным продуктом считаетсяацетилен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
