Химия привитых поверхностных соединений - Лисичкин Г.В.
ISBN 5-9221-0342-3
Скачать (прямая ссылка):
Один из способов получения высокоселективных ПКМ-сенсоров был предложен в работе [153[. Был предложен новый класс ПКМ-сенсоров — реакционноспособные ПКМ-сенсоры, на поверхности которых протекает обратимая химическая реакция между анализируемым веществом и поверхностными функциональными группами. Для демонстрации данного принципа была выбрана реакция Дильса-Альдера, которая для некоторых диенов и диенофилов при комнатной температуре протекает в прямом направлении (синтез), а при незначительном повышении температуры — в обратном направлении (разложение) [151[. Диенофил (гексахлорциклопентадиен) был ковалентно закреплен на поверхности резонатора, а определяемый компонент (циклопентадиен) находился в газовой фазе. Схема получения реакционноспособного сенсора приведена на рис. 6.12.
11*
324
Методы исследования состава и строения привитых слоев
О
1*8—ОН
Я
(C2Hj0)4Si/H30 Я
(C2H50)3Si(CH2)3NH2
Cl Cl %
Cl
?* *Ag—(SiO)x—OSi(CH2)3N
* I
О
О
Cl
Cl
Cl
Cl
Рис. 6.12. Схема получения реакциониоспособного покрытия, закрепленного на серебряном электроде ПКМ [153]
Как было показано [153[, при контакте паров определяемого компонента с модифицированным ПКМ наблюдался сдвиг частоты, соответствующий увеличению массы благодаря поверхностной реакции. При повышении температуры (100 °С) происходила количественная десорбция и регенерация сенсора (рис. 6.13). Полученные в работе модифицированные ПКМ позволяли проводить по крайней мере 10-12 циклов хемосорбции и термодесорбции. Присутствие бензола, а также веществ, обладающих свойствами донорных диенофилов (циклогексена, винилацетата и ви-нилбутилового эфира), не мешало определению циклопентадиена.
Рис. 6.13. Реакция циклопентадиена с гексахлорпентадиеном, закрепленном на ПКМ, протекает обратимо, что позволяет регенерировать сенсор при нагревании [153]
Высокая селективность действия иммуносенсоров достигается за счет специфичности взаимодействий типа антиген — антитело, фермент — субстрат и др. В многочисленных работах на эту тему описана иммобилизация различных белковых антител [154, 164-168] и применение данных сенсоров для определения пестицидов, вирусов, бактерий и др. Наиболее распространенная схема иммобилизации антител включает последовательную обработку поверхности ПКМ 7-аминопропилтриэтоксисиланом, глутаровым альдегидом, а затем иммобилизуемым соединением. Для ПКМ с золотыми электродами широко используются самособирающиеся монослои тиолов и других сераорганических соединений [169, 170[. Описано применение ПКМ для исследования связывания ДНК [171[ и РНК [172] с поверхностью и их определения в растворе [173].
С1
С1
6.6)
Краевые и контактные углы.
325
Главное достоинство сенсоров на основе ПКМ состоит в высокой чувствительности определения, которая находится на уровне несколько частей на миллион, а в ряде случаев достигает нескольких частей на биллион [155]. Характеристики выпускаемой аппаратуры ПКМ приведены в табл. 6.6.
Таблица 6.6
Характеристики выпускаемой аппаратуры ПКМ [155]
Модель/ компания- производи- тель Габариты, MM Разрешение Базовая частота кристалла, МГц Области применения
По частоте, Гц По массе
EQCN-900/ Elchema 150x420x395 0,01 0,05 нг 5-10 Для исследования адсорбции, гальванопокрытий, коррозии, травления, полимеризации; для разработки сенсоров и биосенсоров
QCA-917/ EGfcG Princeton Applied Research 90x230x215 0,1 0,2 нг 5-10 Для исследования электрохимического осаждения, коррозии, травления; для разработки биосенсоров
Mark Series QCM/QCM Research 20x23x3 0,1 4,42 нг/см2 3-25 Для исследования осаждения пленок из вакуума при различных температурах (10-398 К)
PZ-1000/ Universal Sensor 120x230x270 1 1 нг/см2 10 Для исследования адсорбции из жидкости и биоспецифической адсорбции
6.6. Краевые и контактные углы. Критическое поверхностное натяжение смачивания
Уникальной особенностью метода смачивания состоит в том, что он, по-видимому, является «наиболее поверхностным» из всех известных методов исследования поверхности, т. к. получаемая информация характеризует самую периферийную часть поверхности (привитого слоя) толщиной всего в несколько ангстрем, которая непосредственно контактирует с жидкостью. Термодинамика взаимодействия жидкости с поверхностью и теория метода смачивания подробно рассмотрена в специальной литературе [174-179], к которой мы отсылаем интересующегося читателя. В настоящем разделе будут лишь кратко рассмотрены основы метода. Обзор результатов исследования смачивания различных химически модифицированных поверхностей приведен в разд. 5.7.
Взаимодействие поверхности с жидкостью (смачивание) характеризуется краевым углом, образуемым жидкостью на границе раздела твердое тело — жидкость — газовая фаза (рис. 6.14). В состоянии равновесия краевой угол в определяется
326
Методы исследования состава и строения привитых слоев
балансом свободных поверхностных энергий жидкости 7iv, твердого тела границы раздела твердое тело — жидкость 7,ц (уравнение Юнга):
Tiv cos в = 7SV - 7sl-
(6.37)
Условие равновесия смачивания может быть также записано с использованием работы адгезии жидкости и твердого тела следующим образом (уравнение Дюпре):
