Химия привитых поверхностных соединений - Лисичкин Г.В.
ISBN 5-9221-0342-3
Скачать (прямая ссылка):
При изготовлении массчувствительных биосенсоров на поверхности пьезокристаллов закрепляют биополимеры, например ферменты или антитела. Так, в работе [371] получен высокочувствительный иммуносенсор для определения Х-вируса картофеля в водных растворах Для получения сенсора поверхность пъезокварцевого резонатора обрабатывали 5 %-м раствором тетраэтоксисилана в толуоле в течение 10 ч, затем выдерживали в течение 10 ч в дистиллированной воде и высушивали при 60 °С. Полученную поверхность, содержащую силанольные группы, обрабатывали 3-аминопропилтриэтоксисиланом и 3-бромпропилтриэтоксисиланом. Аминопропилированную поверхность обрабатывали глутаровым альдегидом и по активным альдегидным группам проводили закрепление антител на Х-вирус картофеля. Полагая, что для пьезокварцевого резонатора в жидкости можно достоверно заметить разницу в изменении частоты в 5 Гц, чувствительность определения X-вируса картофеля составит 1 ? 10-8 мг/мл. Показано, что восстановление связей —NH=CH— боргидридом натрия приводило к частичной дезактивации сенсора. Некоторые современные пьезоэлектрические сенсоры имеют чувствительность, соответствующую чувствительности носа собаки [372].
Важной проблемой при создании ферментных сенсоров является выбор метода иммобилизации биологически активных молекул на твердой поверхности. В работе
[373] проведено сравнение чувствительности оптических биосенсоров с иммобилизованной различными способами уреазой по отношению к ионам тяжелых металлов
8.5]
Гетерогенные металлокомплексные катализаторы
473
(Hg11, Ag1, Си11, Zn11, Pb11, Сгш и Со11). Для закрепления уреазы на стекле с привитыми аминопропильными группами использовали четыре различных сшивающих агента: хлорид цианура (1), глутаровый альдегид (2), гексаметилендиизоцианат (3) и фенилендиизоцианат (4). Сенсор (1) оказался наиболее чувствительным к ингибированию металлами, сенсоры (2) и (3) — менее чувствительны, а сенсор (4) был практически нечувствителен к присутствию металлов.
Для получения ферментативных электродов проводят химическое модифицирование поверхности электрода, которое включает обработку ее органофункциональными силанами, например 3-аминопропил- и
3-(2-аминоэтиламино)пропилтриэтоксисиланом [337, 373, 374], с образованием монослоя активных соединений. Последующее проведение поверхностных реакций по закреплению окислительно-восстановительных ферментов (оксидаз и редуктаз) обеспечивает интенсификацию электрохимических процессов окисления органических соединений, окисления и выделения водорода, восстановления молекулярного кислорода и пероксида водорода. Основными достоинствами электродов с иммобилизованными ферментами в сравнении с гомогенными аналогами являются увеличение стабильности работы, меньшая чувствительность к колебаниям pH среды и температуры, определенные возможности по регенерации активности электродов. Среди наиболее употребляемых сенсоров можно выделить ферментные сенсоры с иммобилизованной уреазой для определения металлов
[374], ацетилхолинэстеразой для определения пестицидов [372], лизоцимом для определения белков [373] и др.
Кроме ферментов на поверхности чувствительных элементов биохимических сенсоров закрепляют антитела, клетки, срезы тканей и микроорганизмы. В электрохимических сенсорах нового поколения используются эффекты, возникающие при электрохимических превращениях молекул субстрата на поверхности химически модифицированных полупроводниковых материалов. Преимущества таких датчиков — малые габариты, невысокая себестоимость и высокая селективность определения.
Основные тенденции развития сенсоров состоят в дальнейшей миниатюризации и снижении стоимости этих устройств за счет применения современных эффективных технологий, в создании интегральных и интеллектуальных сенсоров, в разработке совместных с микроэлектроникой технологий, в выпуске сенсоров с са-мокалибровкой и в создании микромультисенсоров, в повышении чувствительности и селективности устройств. Недостатки сенсоров на основе полевых транзисторов, связанные с невысокой надежностью их в работе вследствие низкой защищенности затвора от воздействия окружающей среды и малой прочностью закрепления чувствительного слоя, стимулируют дальнейшие исследования в области химического модифицирования неорганических материалов.
8.5. Гетерогенные металлокомплексные катализаторы на основе минеральных носителей
Гетерогенные металлокомплексные катализаторы (ГМК) представляют собой координационные соединения переходных металлов, закрепленные на поверхности носителя и активные в каталитических превращениях органических и неорганических соединений разных классов. К настоящему времени число публикаций, посвященных синтезу и исследованию ГМК, составляет несколько тысяч. Поэтому в задачи настоящего раздела не входит полный обзор опубликованных работ, а
474
Применение поверхностно-модифицированных материалов
только анализ основных тенденций и направлений в развитии каталитических исследований на основе ГМК. Учитывая достаточно полный обзор литературных сведений об использовании ГМК на основе полимерных носителей [375-377] в различных областях катализа, в настоящем разделе будут рассмотрены лишь ГМК на основе минеральных носителей (кремнезем, оксид алюминия, алюмосиликаты, цеолиты). Уместно заметить, что число исследований, связанных с ГМК на основе кремнезема, превышает 1/3 работ по обсуждаемой проблеме. Преимущественное использование в качестве носителей SiC>2 вызвано отсутствием льюисовской кислотности у этого носителя и, следовательно, вызываемых ею процессов полимеризации и/или изомеризации.
