Диссертация (1150338), страница 8
Текст из файла (страница 8)
После этого при помощи спин-коутера наносилиследующий слой толщиной 2 мкм фотоактивного полимера AZ nLOF 2020 (изобъема раного 2,5 мл) при 3000 об./мин. в течение 35 секунд.Данныйфотоактивный полимер был использован для точного задания ширины электродов(рисунок 18а). Следующим этапом было предварительное «запекание» слоевполимера при 115˚C в течение 1,5 минут. «Проявление» подложки с нанесеннымислоями полимеров проводили в течение 1,4 секунд воздействием УФ лампымощностью 325 Вт. Для этого применяли заранее изготовленную стеклянную«маску», на которую предварительно был нанесен слой хрома, задающийгеометрические параметры электродов. Так как был использован положительныйфотоактивный полимер, который при воздействии света определенной длины61волны отвердевает, то «маска» имела хромовое покрытие лишь по внутреннемуконтуру электродов.
Далее кремниевую подложку нагревали на плитке до 115˚Cв течение 1 минуты и растворяли полимер в AZ® 326 (MIF, 2,38% TMAH водныйраствор). Под воздействием AZ® 326необлученная часть фотоактивногополимера растворяется, таким образом, задавая углубления в слое полимера длядальнейшего нанесения слоя металла. Кремниевая подложка, с заданной припомощи полимеров структурой электродов, была последовательно покрыта слоемTi толщиной 10 нм и слоем Au толщиной 100 нм (рисунок 18а). Напыление слоятитана проводилось для улучшения адгезии золота к поверхности оксидакремния.
Покрытие проводилось машиной для нанесения тонких пленок. Посленапыления металлов, лишнее количество золота и все слои полимеров былиудалены при помощи ацетона. Схематические изображения конечной геометрииэлектродов и их расположение на чипе размером 13×13 мм приведены на рисунке18в.62аудаление шаблонавб5 64 BONDPADSРисунок18.Схематическоеизображениепроцессаизготовленияэлектродов (а) и расположение электродов для синтеза на чипе размером 13×13мм (б,в).632.2.3. Синтез наноструктурированных УМЭ методом направленногоэлектрохимического осажденияНаправленнный электрохимический синтез наноструктурированных УМЭна электродах описанных выше проводился следующим образом.
Электродыпопарноподключалиськвысокочастотномугенераторупостоянногоипеременного напряжения Agilent Trueform Series Waveform Generator (33600Series, Higher Frequency Model). Один из электродов при этом служит источникомнапряжения, а другой – электродом стока. Переменное напряжение высокойчастоты генерировали в виде прямоугольной модуляции напряжения.
Постоянноенапряжение модулировалось путем сдвига развертки по оси напряжений наопределенную величину. Прямоугольная модуляция напряжения была выбрана всвязи с тем, что в случае синусоидальной модуляции рост наноструктур ненаблюдается. Также была выбрана максимальная частота 50 МГц, так как прибольших частотах прямоугольная развертка принимает вид синусоидальной, чтообъясняется возникновением паразитной емкости.Для получения развитой наноструктурированной поверхности рабочегоэлектрода была изменена конструкция подложки (чип Si/SiO2, 13×13 см) идиаметр контактных линий (20 мкм) по сравнению с конструкциями,предложенными ранее для микроэлектроники.Расстояние между контактамиварьировалось от 2 до 50 мкм.
Такая модификация привела к увеличениюсопротивлениямеждуконтактами.Поэтомудляпроведенияпроцессаэлектроосаждения металлов и их сплавов был проведен выбор параметровметодики DENA. Переменное напряжение варьировали в диапазоне от 13 до 18,5В. Величину постоянного напряжения изменяли от 1,0 до 3,25 В. Частотапеременного напряжения варьировалась от 35 до 50 МГц для уменьшениядиаметра УМЭ. Выбор параметров электроосаждения из вышеуказанныхдиапазонов позволил синтезировать УМЭ с развитой наноструктурированнойповерхностью.Схемаустановкидляпроведениянаправленнгосинтезананоструктурированных УМЭ приведена на рисунке 19б.64абРисунок19.Схематическоеизображениеналожениясигналаприэлектроосаждении (а) и схема установки для направленного электрохимическогосинтеза наноструктурированных УМЭ (б).Поскольку эти два металла биосовместимы, то можно ожидать, что и ихсплав будет обладать аналогичным свойством, также эти металлы образуюттвердыйраствор.СплавPd-Auтакжеможетсущественноулучшить65аналитические характеристики сенсора на его основе: снизить потенциалыдетектирования аналитов и увеличить чувствительность бесферментных сенсоров.Поэтому для стабильной работы сенсора в биологических средах был выбрансплав Pd-Au.
Дальнейшие исследования были направлены на получениеэлектродов из этих металлов и их сплавов. Предварительно был проведен выборпараметров синтеза наноструктурированных УМЭ для Pd, Au и сплава Pd-Au.Использованные параметры для синтеза представлены в таблице 5.Таблица 5. Использованные параметры направленнного электрохимическгосинтеза наноструктурированных УМЭ (*PBS – фосфатный буферный раствор).ACDCметалл/сплавчастотасостав растворанапряжение напряжениеPd17 В1,5 ВPd17 В1,5 ВAu18 В1,0 ВPd/Au17 В1,5 В45MГц38MГц45MГц10-2 M K2PdCl4 водн.р-р10-2 M PdCl2 в PBS* (pH 8)10-2 M HAuCl4 водн. р-р385∙10-3 M HAuCl4; 5∙10-3 PdCl2 вMГцPBS* (pH 8)Для синтеза сплава были выбраны такие минимальные параметры, которыеудовлетворяли бы росту наноструктурированных УМЭ каждого отдельногометалла.
Так, например при частоте 45 MГц невозможно осаждение палладия израствора в фосфатном буфере. Процесс электроосаждения длится до 10 секунд.При выборе соли палладия руководствовались тем, что осаждение из растворатетрахлоропалладата (II) калия проходило значительно медленнее, чем из66раствора хлорида палладия (II) в фосфатном буферном растворе. Это объясняетсятем, что восстановление из раствора, приготовленного на фосфатном буфере,происходит легче, чем из комплексной соли палладия, константа устойчивостикоторой достаточно высока (lgβ1=6,1). Для синтеза наноструктурированных УМЭсплаваPd-AuиспользовалиэквимолярныесоотношенияPdиAu.Электроосаждение проходило из раствора объемом 5 мкл.
Скважность импульсовсоставляла50%.экспериментально,Постояннотоковоедлякаждогонапряжениеметаллаотдельно,быловустановленосоответствиистеоретическими значениями потенциалов восстановления этих металлов ( плюс0,987 В для Pd,плюс 1,5 В для Au). В случае осаждения сплава Pd-Auпостояннотоковое напряжение было приложено исходя из большего значенияпотенциала для индивидуального металла. Постояннотоковое напряжение (DC)модулировалось в области положительных значений потенциалов путем сдвигаосцилляций переменного напряжения (AC). При такой модуляции напряжениярост наноструктурированных УМЭ наблюдался со стороны электрода стока и былвоспроизводим от эксперимента к эксперименту.
В отсутствие приложенногопостоянногонапряженияростнаноструктурированныхУМЭбыллибослучайным, либо требовалось много больше времени для инициирования роста.Процесс роста наблюдался при помощи оптического микроскопа до моментазакрепления наноструктурированного УМЭ на противоположном электроде.После проведения синтеза чип с наноструктурированными УМЭ отмывалинесколько раз в дистиллированной воде, сушили, и затем исследовалиповерхность методом сканирующей электронной микроскопии, элементныйанализ методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, измерениеэлектропроводности полученных наноструктурированных УМЭ.67дРисунок 20.
Оптическая микрофотография чипа с синтезированныминаноструктурированнымиУМЭ(а)иSEM-изображениявыращенных наноструктурированных УМЭ Au (б) Pd (в)направленнои Pd-Au (г) ПЭМ-изображения среза наноструктурированных УМЭ Pd-Au (д).68На рисунке 20а показан снимок, полученный на оптическом микроскопе,центральной части чипа с электродами для синтеза и направленно выращенныминаноструктурированными УМЭ Pd, Au и Pd-Au. Также на рисунке 20 приведенымикрофотографииэлектродовдлясинтезананопроволокисамихнаноструктурированных УМЭ Pd, Au и Pd-Au.
В результате были полученыструктуры сплава Pd-Au с фиксированной длиной 50 мкм, что обусловленорасстоянием между электродами для синтеза, и диаметром от 50 до 900 нм.Анализ ПЭМ-изображения (рисунок 20д) показал наличие наноразмерных частицнаповерхностисинтезированногоультрамикроструктурыимеютУМЭ.разветвленнуюиСинтезированныенаноструктурированнуюполикристаллическую поверхность, таким образом полученные электродыявляются наноструктурированными.Иммобилизация глюкозоксидазы на поверхности электрода2.3.Для создания вольтамперометрических сенсоров поверхность электродовмодифицировалинаноструктурамизолота.Затемиммобилизовалиглюкозоксидазу для создания биосенсора для определения глюкозы.
Дляиммобилизации глюкозоксидазы использовали метод самоорганизующихсямонослоев цистеамина на поверхности золота, за счет специфической сорбциитиольных групп. Такой выбор объясняется специфической сорбцией тиолов наповерхности золота. Кроме того, тиолы обеспечивают дальнейшее равномерноераспределение молекул фермента на поверхности электрода и предотвращаютсвязывание его активных центров друг с другом и с кросс-линкером.В качестве тиола для иммобилизации был выбран цистеамин, поскольку этоодинизкороткоцепочечныхтиолов,чтообеспечиваетболеенизкоесопротивлеение переноса заряда к электроду в процессе электрохимическихизмерений.дальнейшуюНаличиеаминогруппыковалентнуюсшивкууцистеаминаспозволяетферментомпроводить(глюкозоксидазой).Иммобилизацию тиолов проводили на поверхности тонкопленочного золотого69электрода и модифицированных наноструктурами золота электродов.
Навески 1,9мг, для получения растворов цистеамина с концентрацией 5мМ, растворяли в 5 млэтанола или гексана, и оставляли на 2 часа при комнатной температуре. Затемэлектроды промывали сначала этанолом или гексаном, а затем фосфатнымбуферным раствором.Перед иммобилизациейглюкозоксидазы на поверхность монослояцистеамина был нанесен кросс-линкер – глутаровый альдегид, для ковалентнойсшивки молекул фермента с поверхностью электрода через слой цистеамина.Иммобилизациютонкопленочногоглюкозоксидазызолотогоэлектродапроводилиилинаповерхностимодифицированногозолотогоэлектрода. На первом этапе иммобилизовали глутаровый альдегид из 2,5%раствора, для этого аликвоту 250 мкл 50% водного раствора глутаровогоальдегида вносят в 5 мл 0,1М фосфатного буферного раствора (pH 7), и помещалив полученный раствор золотые электроды на 1-2 ч при температуре 25°С, затемпромывали электроды 0,1М фосфатным буферным раствором (pH 7).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
