Введение 3
1. Литературный обзор 5
1.1. Основные понятия: сенсоры, электрохимические сенсоры, биосенсоры. Бесферментные электрохимические сенсоры, состав и свойства 5
1.2. Современные биосенсоры с позиций материаловедения 9
1.3. Композитные материалы и их роль в биосенсорике 12
1.4. Методы лазерного синтеза 13
2. Экспериментальная часть 17
2.1. Методика эксперимента 17
2.2. Физико-химические методы анализа, использованные в данной работе 20
3. Обсуждение результатов 25
3.1. Синтез сенсорноактивных структур. Оптимизация режимов лазерной модификации поверхности 25
3.2. Исследование морфологии и атомного состава 38
3.3. Исследование фазового состава 41
3.4. Исследование электрокаталитических свойств 43
Выводы 48
Список литературы 49
Благодарности 55
В настоящее время достигнуты значительные успехи в области лечения многих хронических и смертельно опасных заболеваний человека, таких как сахарный диабет, онкологические заболевания, многие вирусные заболевания. Всё большее значение, таким образом, приобретает проблема своевременного выявления болезни на начальных этапах1,2, а также дальнейшей диагностики с целью определения необходимости проведения, корректировки или прекращения лечения.
В современной диагностике большинства соматических заболеваний отдельное место занимает определение различных биоаналитов (химических биомаркеров) в биологических жидкостях и тканях человека. Так, например, при лечении пациентов, больных сахарным диабетом большое внимание уделяется постоянному контролю концентрации глюкозы в крови. Не менее важна разработка методов экспресс-определения содержания L-аланина и пероксида водорода в организме. Известно, что одной из основных причин кетотической гипогликемии может являться недостаток аланина в плазме крови3. Пероксид водорода участвует в большом количестве процессов в организме и его недостаток или избыток может также быть сигналом развития патологического процесса.
Для определения биоаналитов часто используются биосенсоры - специальные датчики, чувствительные к тем или иным химических веществам. Задача современных химиков-материаловедов заключается как в совершенствовании современных сенсорных платформ, так и в поиске и разработке принципиально новых биосенсоров и методов их производства. Сейчас всё большую популярность приобретает так называемая гибкая носимая электроника (flexible wearable devices), поскольку с её помощью можно создавать носимые сенсорные платформы. Это приводит к появлению интереса к конструированию электрических цепей на поверхности или внутри гибких полимерных материалов.
Целью данной работы является лазерно-индуцированный синтез электрокаталитически активных сенсоров на основе медных композитов на поверхности диэлектриков, таких как стекло, стеклокерамика, полимерные материалы; изучение полученных композиционных материалов, их электрохимических свойств; оценка возможности использования данных материалов в качестве биосенсоров на такие биоаналиты как глюкоза и пероксид водорода.
В результате данной работы разработан и успешно протестирован метод лазерной активации и селективной металлизации диэлектрических подложек, позволяющий синтезировать металлические структуры на поверхности различных диэлектриков, таких как стекло, стеклокерамика, гибкие полимерные материалы (ПЭН, ПЕТ, полиимид). Отмечена важность правильного подбора условий лазерной активации, поскольку на первой стадии необходимо как активировать поверхность лазерным лучём, так и не разрушить её. Разработанные методики позволяют получить структуры с высоким разрешением, электропроводностью и адгезией к поверхности, ограниченным лишь диаметром лазерного луча. Кроме того выдвинуто предположение, согласно которому структура полимера и температура его плавления оказывают влияние на результат синтеза.
Исследованы элекрокаталитические свойства синтезированных образцов по отношению к глюкозе и пероксиду водорода – важнейшим биоаналитам. Максимальную чувствительность по отношению к глюкозе равную 1,06 μA*см-2*μM-1 показал сенсор на подложке из ПЭНа, к пероксиду водорода - 0,60 μA*см-2*μM-1 на стеклокерамике. Минимальная концентрация, доступная для определения была обнаружена для сенсоров на основе стеклокерамики и стекла для пероксида водорода 3 μM.
