Химия привитых поверхностных соединений - Лисичкин Г.В.
ISBN 5-9221-0342-3
Скачать (прямая ссылка):
8.4]
Применение привитых поверхностных соединений в сенсорах
471
закрепления на поверхности прозрачных материалов, в первую очередь стекла, кислотно-основных индикаторов или органических реагентов, способных к образованию окрашенных либо флуоресцирующих комплексов с ионами металлов. Такие материалы обеспечивают селективное концентрирование ионов металлов из растворов и их чувствительное определение.
Для измерения pH растворов разработаны оптические сенсоры на основе стержня из пористого стекла с ковалентно-закрепленными молекулами индикаторов кислотно-основного равновесия: фенолфталеина, фенолового красного, бромкрезсшового пурпурного, кристаллического фиолетового, метилового красного, тимолсульфофталеина, 1\;,1У-димстиланилина, бромкрезолового зеленого и др. [347]. Закрепление проводили по реакции азосочетания по ариламиногруп-пам. На поверхности кремнеземных подложек закрепляли флуоресцентные индикаторы: аминофлуоресцеин [348], 7-гидроксикумарин-З-карбоксикислоту [349]. Тушение флуоресценции иммобилизованной пиренмасляной кислоты использовали для разработки сенсора на молекулярный кислород [350]. В качестве возможных датчиков на галогениды были рассмотрены закрепленные на поверхности стекла 3-(10-метилакридин-9-ил)пропионовая и 6-метоксихинолилпропансульфоновая кислоты [351]. Закреплением на поверхности кремнеземов 8-гидроксихинолина и
2,2,4-тригидроксиазобензола получили оптический датчик на А1ш [352, 353]. Ор-мосилы с ковалентно инкапсулированными реагентами аминофлуоресцеином и метиловым красным были использованы в качестве оптических датчиков pH [340,
354], а с диазапиреном и трисбипиридильным комплексом — на кислород [339,
355].
8.4.4. Массчувствительные сенсоры. Действие сенсоров, чувствительных к изменению массы, основано на изменении частоты колебания кварцевых пластин или скорости распространения поверхностно-акустических волн при селективной сорбции определяемого вещества на генераторах из кварца или других материалов. Акустические волны могут распространяться по поверхности датчика (SAW-сенсор, surface acoustic wave) или по всему обьему чувствительного элемента датчика (BAW-сенсор, bulk acoustic wave). Свойство пъезокварцевых резонаторов уменьшать частоту резонанса при увеличении массы вещества, адсорбированного на поверхности резонатора, определяет их широкое использование в современных измерительных приборах. Уравнение, связывающее изменение частоты / с изменением массы Ат в простейшей форме выглядит следующим образом:
/ = К Ат.
Высокая массчувствительность (доли нанограмма) определяет интерес к использованию пьезокварцевых резонаторов в качестве своеобразных микровесов в научных исследованиях (например, для изучения начальных стадий химических реакций, адсорбции, фазовых переходов, происходящих на поверхности, в качестве детекторов в ГХ и ВЭЖХ, в иммуноферментном анализе).
Для получения чувствительного и селективного датчика можно использовать нанесение тонкого слоя минерального оксида на рабочую поверхность резонатора или генератора с последующей прививкой органических соединений. Так, на поверхность кварцевого пьезокристалла наносили слой диоксида кремния толщиной 40 нм, а затем комбинацией поверхностных реакций получали слой привитых группировок состава —(CH2)nN=CHR (где R — пиридил или n-нитробензил), обеспечивающих чувствительное определение паров уксусной кислоты до концентрации 5-10-5%
472
Применение поверхностно-модифицированных материалов
[353]. Для получения сенсора на SO2 использовали модифицирование поверхности резонатора смесью М,1М-диметил-3-аминопропилтриэтоксисилапа и пропилтриме-токсисилана [363].
Поверхность Ag/AgO покрывали тонкой пленкой тетраэтоксисилана, при гидролизе которого получается слой силикагеля с активными силанольными группами. Модифицирование пленки силикагеля на поверхности пъезокварцевого резонатора проводили триметилхлорсиланом, 3-бромпропилтрихлорсиланом и 3-аминопропилтриэтоксисиланом. Проверена чувствительность сенсора к различным углеводородам [367, 368].
8.4.5. Биосенсоры. Существует огромное количество биосенсоров различной конструкции и принципа действия, включая рассмотренные выше электрохимические, оптические и массчувствительные сенсоры. В биосенсорах в качестве активных элементов используются селективность иммобилизованных биологически активных веществ или на границе раздела раствор — мембрана реализуется биохимический процесс. Наиболее распространенными биосенсорами являются ферментные (энзимные) и иммуносенсоры. Отличительной особенностью ферментных сенсоров и иммуносенсоров является их исключительно высокая селективность, связанная со специфическим действием фермента и еще более специфическим взаимодействием антитело — антиген.
Получение чувствительных элементов биосенсоров аналогично описанным выше способам закрепления различных органических молекул. Так, совместным гидролизом 3-аминопропилтриэтоксисилана и 2-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриметоксисилана с добавками ферроценкарбоксиальдеги-да или гидролизом тетраметоксисилана и 3-глицидоксипропилтриметоксисилана в присутствии ферроценмонокарбоновой кислоты были получены ормосилы для биосенсоров на глюкозу с вольтамперометрической индикацией сигнала [369, 370]. Для изменения пористой структуры сенсоров в состав модифицирующей смеси вводили ПЭГ с молекулярной массой 6000.
