Тема: Лазерно-индуцированный синтез и исследование свойств бесферментных микросенсоров на основе иридийсодержащих материалов

Получение новых материалов для экспрессного определения биологически важных маркеров заболеваний (например, сахарного диабета) в крови человека представляет огромный интерес для многих областей медицины [1]. Кроме того, в связи с множеством недостатков существующих ферментных сенсорных устройств для определения глюкозы, создание новых дешевых бесферментных сенсоров, предназначенных для прямого определения биологически значимых аналитов и обладающих лучшей чувствительностью, стабильностью и селективностью, также является актуальной проблемой современной науки и промышленности [2]. Особенный интерес представляют сенсорно-активные материалы на основе различных биметаллических микро- и наноструктур, например, нанопористые Ir­Pt-катализаторы проявляют высокую чувствительность и селективность при бесферментном определении глюкозы [3].
В рамках данной работы мы использовали метод лазерно-индуцированного осаждения металлов из раствора (ЛОМР) [4]. В основе этого метода лежит протекающая в локальном объеме раствора в пределах фокуса лазерного луча реакция восстановления металла, приводящая к осаждению его на поверхности диэлектрической подложки (например, стекло и стеклокерамика). В результате такого лазерного синтеза образуются микроосадки, которые можно применять в качестве бесферментных электрохимических сенсоров. Таким образом, нами были получены иридиевые (Ir), иридиево-золотые (Ir-Au), иридиево-платиновые (Ir-Pt), а также иридиево-золото-платиновые (Ir-Au-Pt) микроосадки на поверхности стекла и стеклокерамики под воздействием лазерного излучения на длине волны 532 нм. Морфология поверхности, элементный и фазовый состав полученных образцов были изучены с помощью электронной микроскопии, энергодисперсионного и рентгенофазового анализа, соответственно. Для определения пределов обнаружения, чувствительности, а также изучения селективности полученных микросенсоров по отношению к D-глюкозе нами применялись вольтамперометрические методы. Материалы, синтезированные предложенным методом (ЛОМР), весьма перспективны в дизайне и последующем производстве новых недорогих и эффективных сенсорных устройств для экспрессного лабораторного и домашнего биохимического анализа крови человека.
Цель данной научной работы - синтез бесферментных микросенсоров на основе иридийсодержащих моно- и полиметаллических материалов с помощью метода лазерно-индуцированного осаждения металлов из раствора; изучение сенсорных свойств полученных материалов по отношению глюкозе.
Купить

В данной работе разработан синтез проводящих иридиевых (Ir), иридиево- золотых (Ir-Au), иридиево-платиновых (Ir-Pt), и иридиево-золото-платиновых (Ir- Au-Pt) микроструктур. Синтез был осуществлен с помощью метода ЛОМР посредством осаждения и соосаждения вышеупомянутых структур на поверхность стекла и стеклокерамики под воздействием лазерного излучения на длине волны 532 нм из растворов, содержащих соли соответствующих металлов. Морфология поверхности, элементный и фазовый состав полученных микроосадков были изучены с помощью сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионного рентгеноструктурного анализа и рентгенофазового анализа.
В результате, было установлено, что Ir-Au-Pt обладает наиболее развитой поверхностью по сравнению с остальными материалами, полученными в данной работе. Этот микроосадок представляет собой шаровую упаковку с высокоразвитой поверхностью, состоящий из частиц сферической формы диаметром 40-400 нм каждого из этих металлов как индивидуально, так и в виде смеси.
Методами циклической вольтамперометрии (ЦВА) и прямой амперометрии были исследованы электрохимические свойства синтезированных иридийсодержащих микроосадков (микроэлектродов) и изучена их сенсорная активность по отношению к бесферментному определению глюкозы. Результаты показали, что модификация иридия золотом и, в особенности, смесью золота и платины вызывает заметное увеличение площади ЦВА. В результате чего, последовательное лазерно-индуцированное осаждение иридия, золота и платины позволяет получить микроэлектрод с гораздо более высоким аналитическим откликом. Предел обнаружения (LOD) для Ir-Au-Pt по отношению к бесферментному определению D-глюкозы составил 0,12 мкМ при линейном диапазоне концентраций между 0,5 и 1000 мкМ, тогда как максимальная чувствительность составила 9959 мкА/мМ*см2. Также была продемонстрирована хорошая селективность этого композитного микроэлектрода по отношению к D-глюкозе в присутствии ряда мешающих веществ, которые обычно сосуществуют с глюкозой в крови человека. Низкий предел обнаружения, проявляемый Ir-Au-Pt, можно объяснить большой площадью поверхности этого материала; тогда как его высокая чувствительность может быть связана с электрокаталитической синергией между иридием, золотом и платиной.
В заключении можно отметить, что композитный материал на основе иридия, золота и платины, синтезированный нами в рамках данной работы, представляет большой интерес для дизайна и разработки недорогих и эффективных портативных сенсорных устройств для бесферментного определения различных биологически важных аналитов.
Купить