Диссертация (1150338), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Далее смеси дают остыть докомнатной температуры и оставляют на два дня, для формированиянаночастиц. Через несколько дней, к смеси добавляют аскорбиновую кислоту,которая действует в качестве восстановителя, что и способствует образованиюнанопроволок [96].1.3.3.Методы иммобилизации наноструктур золота иглюкозоксидазы на поверхности электродаПримодификациизолотыхэлектродовнаноструктурамизолота,возможны два варианта.
Первый вариант – адсорбция наноструктур из растворана электрод в течение 24-48 часов [97]. Второй вариант – модификациязолотого электрода короткоцепочечными дитиолами, а затем сорбция исвязывание тиолами наноструктур и поверхности электрода [97].Помимо вышеперечисленных методов иммобилизации глюкозоксидазыпри помощи полимерных пленок, используют так называемые cross-linkреагенты, которые связывают глюкозоксидазу с поверхностью электрода.1.4.Бесферментные электрохимические сенсорыБесферментные электрохимические сенсоры основаны на прямом определениианалитов. Прямое определение биологически значимых аналитов затруднено всвязи с высокими потенциалами детектирования таких веществ.
В случаебесферментныхэлектрохимическихсенсоровдостигаетсяснижениепотенциалов детектирования за счет использования каталитических реакцийтаких аналитов с электродами, модифицированными наноструктурами.341.4.1. Применение наноструктур в электрохимических сенсорахНесмотрябиосенсоров,наширокуюсуществуетрядраспространенностьнедостатков,электрохимическихкоторыеограничиваютихпрактическое применение.
Так, процесс иммобилизации и сохранениястабильности фермента очень сложен. Кроме того, на активность ферментавлияют температура, pH, влажность и токсичные соединения, что приводит кухудшению стабильности и низкой воспроизводимости электрохимическогобиосенсора.Вследствиеэтоготребуетсясозданиеновыхвысокочувствительных, селективных и экспрессных сенсоров, исключающихприменение ферментов для таких биологически активных веществ как глюкозаи пероксид водорода. В последнее время большое внимание уделяетсябесфементным электрохимическим сенсорам на основе наноматериалов, такиесенсоры сочетают преимущества электрохимических методов и уникальныесвойствананоматериалов,чтопозволяетзначительноувеличитьчувствительность и уменьшить продолжительность анализа.
В бесферментныхэлектрохимических сенсорах определение глюкозы и пероксида водородапроводится за счет реакций их окисления/восстановления, катализируемых наповерхности наноматериалов.Наноматериалывкачествекомпонентытрансдьюсеровдляэлектрохимических сенсоров применяют для увеличения чувствительности иуменьшения продолжительности анализа.Стабильностьэлектрохимическихиинтенсивностьсенсоровувеличиваютаналитическоготакиесигналаперспективныенаноматериалы как наночастицы Au [98], Pt [99] и Pd [100].
Методы синтезананоструктур для получения аналитического сигнала совпадают с методамисинтеза наноструктур для ферментных электрохимических сенсоров. А также кнаноструктурам для бесферментных сенсоров предъявляются требованиявысокой каталитической активности и биологической совместимости.351.5.Бесферментные сенсоры для определения пероксидаводородаПероксид водорода является продуктом или реагентом в большинствереакций, протекающих в живой и растительной клетке. Так как длябольшинства электрохимических биосенсоров для определения пероксидаводорода характерны те же недостатки что и для биосенсора для определенияглюкозы, то использование наноматериалов для бесферментного определенияпероксида водорода было также тщательно изучено [101, 102].Бесферментноеопределениепероксидаводородакатализируемоенаноматериалами проводится на основании реакций восстановления либоокисления пероксида водорода на электроде.
Данные реакции соотвествуютмеханизму, представленному на рисунке 9.Рисунок 9. Возможные пути реакций пероксида водорода на поверхностиэлектрода.Такая же тенденция наблюдается и в случае определения H2O2 на электроде,модифицированном оксидом графена с иммобилизованными “капельным”методом (drop casting) наночастицами Ag, для которого предел обнаружениясоставил лишь 1,099·10-6 М [103].36Таблица3.Аналитическиехарактеристикибесферментныхэлектрохимических сенсоров для определения пероксида водорода (*S –чувствительность (А∙М-1∙см-2); TO - время отклика (с); ЛИ - линейныйинтервал (моль/л); ПО - предел обнаружения (моль/л), СТБ –стабильность(сут.)).Составмультислоя/материал Метод измеренияэлектродаХарактеристикисенсора*ПОМ-ПДДА / СЦВА (0,0÷0,4 В)-нафтол зеленый B -ЦВА (0,2÷0,6 В),ЛИ 8·10−6 – 1,8·10−4,СДГ/ СУЭАМ (0,38 В)СДГ/ ITOНЧ Au-тионин / AuЦВА (-0,2÷0,8 В)ЦВА (-0,35÷0,1В), АМ (-0,18 В)гексацианоферратЦВА (0,0÷1,2 В),Сu/ F-Sn оксидАМ (0,0 В)МУН-политионин-ЦВА (-0,6÷0,3 В)оксид железа / СУЭАМ (-0,5 В)тетрасульфофталоцианин Co-ПДДА / Au/фталоцианин Fe (II) ПАБС-МОУН/ Au[104][105]−6ПО= 0,9·10 СТБ=14ЛИ=4,9·10−7-2,4·10−4СТБ= 20[106]S=22,8∙10-3ЛИ=6,0·10−6 –[107]1,1∙10−3, ПО= 5,8·10-6S=3∙10-2[108]ЛИ=(0,09 - 6,54)·10-3,S= 2,74·10-3А·М-1,ЦВА (-0.2÷0.5 В)Ссылки[109]ПО= 5,36·10-5ЛИ=(1-20)·10-6, ПО=4·10-7, СТБ=14[110]ПО= 5,5·10-4,ЦВА (-0,1÷0,6 В)[111]-4S = 0,87·10 А·М-137Составмультислоя/материал Метод измеренияэлектродаMnO2-ПДДА- ПАС /СУЭНЧ берлинскойлазури-ПАУ / стеклоTiO2 - ПАУ / ПГЭХарактеристикисенсора*СсылкиЛИ=4,5·10−8-1,0·10−4,АМ (0,25; 0,45 В)S= 0,377±1,[112]ПО=22·10−9АМ (0,2 В)-[113]ЦВА (-0,2÷0,6 В)-[114]ЦВА (-0,8÷0,5 В),ЛИ=1,0·10−6 –АМ (-0,35 В)2,1·10−3, S= 3,80·10-4TiN-бромид 1-(3аминопропил)-3метилимидазола/[115]СУЭмезопористыйЦВА (-1,0÷0,3 В)ЛИ=(1,2 – 57)·10−6,углерод CMK-3/ПО= 0,6·10−6,СУЭСТБ=30берлинская лазурь-ЦВА (-0,2÷1,0 В)ЛИ=(0,5 – 3,5)·10−3,ПДДА /ITOАМ (-0,1 В)ПО= 1·10−4[116][117]38СоставХарактеристикимультислоя/материал Метод измеренияСсылкисенсора*электродаS=(6,339±0,156) ·10-2А·М-1,(2,452±0.230)НЧ Au/ СУЭЦВА (-0,5÷0,8 В),·10-2 А·М-1, ЛИ=АМ (-0,3 В)5,0·10-6-1,0771·103[118],1,4745·10-32,5362·10-2НЧ Au-хитозан-МУН/СУЭ1.6.ЛИ=1,5·10-6- 5,1·10-4,S: 9,221·10-2, ПО=АМ (-0,2 В)[119]9,0·10-8Новые подходы для миниатюризации бесферментных ЭХ сенсоровНесмотря на многообразие материалов для синтеза наноструктур, ксенсорам на их основе предъявляются жесткие требования.
Особенно, этоотносится к электрохимическим сенсорам, применяемым для детектированиявеществ в биологических средах in vivo. Поэтому в таких сенсорах используютинертные электродные материалы. Наноматериалы на основе благородныхметалловиихсплавовудовлетворяютвышеуказаннымтребованиям.Применение наноматериалов в качестве трансдьюсеров в электрохимическихсенсорахпредоставиловозможностьсозданияминиатюризированныхсенсорных систем с электрохимическим принципом детектирования.39Направленный1.6.1.электрохимическийсинтезнаноструктурМиниатюризация электрохимических систем требует создания электродов сзаданнойивоспроизводимойэлектрохимическогосинтезаповерхностью.Методиканаправленногонаноструктур(DENA)удовлетворяетвышеуказанному требованию, а также позволяет синтезировать наноматериалына основе металлов и их сплавов.Впервые DENA метод был предложеннаправленногоприложенноеэлектрохимическогопеременноеОзтурком [120].
В методесинтезанапряжениенаноструктурвысокойчастотыиспользуетсямеждудвумяконтактными электродами для осаждения наноструктур металлов из растворових солей. Данный метод был основан на теории солидификации дентдритныхструктур. В соответствии с этой теорией происходит рост кристаллов илидендритовсфиксированнымкристаллографическомнаправлении.диаметромПозднеебылавфиксированномпредложенатеорияэлектрокристаллизации [121], которая более полно описывала процессы,происходящие при электроосаждении. Также были выведены зависимости отусловий электроосаждения наноструктурированных УМЭ и нанодендритов.Так, на скорость роста и диаметр наноструктурированных УМЭ влияетконцентрация соли металла и величина частоты [122, 123].
Соотношениедиаметра контактного электрода и частоты было исследовано в работе А.Неровского [124], А также была доказана эффективность треугольной формыконтактныхэлектродовдляпроцессаэлектроосаждениянаноструктурированных УМЭ. В литературе описаны различные вариантысинтеза наноструктурированных УМЭ на различном расстоянии междуэлектродами: от 2 до 60 мкм.
Данным методом было успешно синтезированобольшое количество наноструктурированных УМЭ металлов, таких как золото[125], индий [126], платина [124], палладий [127-129], серебро [130], а также ихсплавов: Au/Pt [131], Au/Ag [121], Au/Pd [132]. Основные публикации по этойтеме суммированы в таблице 4.40Таблица 4. Сводная таблица параметров синтеза наноструктурированных УМЭ по методу DENA по литературнымданным (ν – частота переменного напряжения, ACV Vpp – переменное напряжение от пика к пику, DCV - постоянноенапряжение, d – расстояние между контактными электродами, l – длина наноструктур, HEPES- 4-(2-гидроксиэтил)-1пиперазинэтансульфоновая кислота, НЧ - наночастицы).Диаметрν,ACV Vpp,МГцВH2PtCl6; NaCl0-100-301,5 ˂60600,1[133]AuHAuCl4·3H2O2055∙10-610101,5[122]AlInIn(CH3COO)30,5-3,518-60600,061-0,38[126]AlInHAuCl410-506-60600,045-0,15[123]0,32; 10-55МатериалСоставэлектродананоструктурPtPtAuСостав раствораDCV, Вd, мкмl, мкммкмPd(CH3COO)2;AuPdHEPES буф.р-рнаноструктур, ссылка0,005-0,01;0,2-0,3[127]41МатериалСоставэлектродананоструктурДиаметрν,ACV Vpp,МГцВ0–210–20-60-0,05-1,45[134]8 – 16-10 - 40180,1 – 0,2[131]12-20-0,25-0,3[132]25,51,55 -12010 -400,2 – 3[135]2∙103 -2∙103 -1∙1041∙105неск.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
