Микросенсоры на основе берлинской лазури для определения пероксида водорода в биологических объектах

• Автор: Большаков, Иван Александрович
• Шифр специальности: 02.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Глава I. Пероксид водорода как важный аналит для современною анализа.

1.1. Методы определения пероксида водорода.

1.1.1. Спектрофотометрические методы.

1.1.2. Люминесцентные методы.

1.1.2.1. Флуориметрический анализ

1.1.2.2. Хемилюмннесцснция.

1.1.3. Электрохимические методы

1.1.3.1. Амперометрическое определение пероксида водорода на элскгродах из платины.
1.1.3.2. Ферментативные методы анализа пероксида водорода.
1.1.3.3. Другие электрохимические системы для определения пероксида водорода. .
1.1.3.4. Датчики для определения пероксида водорода на основе берлинской лазури и гсксацианоферратов переходных металлов
1.1.3.5. Структура и свойства берлинской лазури
1.2. Сравнение методов определения пероксида водорода
Глава 2. Биосенсоры.
2.1. Общие сведения о биосенсорах
2.2. Биосенсоры на основе берлинской лазури
2.3. Определение лактата.
2.4. Использование ионообменных полиэлектроли гов
Глава 3. Электроды.
3.1. Материалы электродов
3.2. Свойства микроэлектродов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
4.1. Электроды.
4.2. Реагенты
4.3. Оборудование
4.4. Методы
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Г лава 5. Берлинская лазурь и ее тонкопленочные покрытия
5.1. Электрохимическое осаждение берлинской лазури па поверхность электрода.
5.1.1. Импульсный метод электросинтеза покрытий берлинской лазури.
5.2. Визуализация элсктрокаталитическои активности берлинской лазури методом сканирующей электрохимической микроскопии.
5.3. Морфология покрытий берлинской лазури
5.3.1. АСМмикроскопия сплошных пленок берлинской лазури
5.3.2. АСМанализ структурированных покрытий берлинской лазури
Глава 6. Микросенсор на основе берлинской лазури
6.1. Изготовление микросенсоров.
6.1.1. Влияние материала микроэлектрода на качество пленки берлинской лазури
6.1.2. Внутренний электрод сравнения микросенсора.
6.2. Аналитические характерист ики микросенсоров
6.2.1. Определение пероксида водорода с использованием микроэлектродов, модифицированных сплошной пленкой берлинской лазури.
6.2.2. Микросенсоры на пероксид водорода с макропористой структурой золота.
Глава 7. Стабилизация покрытий берлинской лазури
7.1. Влияние полиэлектролитных мембран на стабильность микросенсоров
7.2. Стабилизация поликристалла берлинской лазури гексацианоферратом никеля.
Глава 8. Практическое применение микросенсоров на основе берлинской лазури
8.1. Мониторирование концентрации пероксида водорода в биологических объектах
8.2. Мониторирование пероксида водорода в живых организмах.
Б.З. Биосенсор для определения лактата.
ВЫВОДЫ.
СЛИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
лсм атомносиловая микроскопия
АФК активные формы кислорода
БЛ берлинская лазурь
ДОС диапазон определяемых содержаний
КВВ конденсат выдыхаемого воздуха
лод лактатоксидаза
ПС полистирол
ПФС перфторсульфонированный полимер
смч субмитохондриалышс частицы
смэснэ система микронаноэлектродов
СУЭ стеклоуглеродный электрод
СЭМ сканирующая электронная микроскопия
ТГФ тетрагидрофуран
УМЭ ультрамикроэлектрод
ДВА циклическая вольтамперометриявольтамперограмма
ЦО цитохромоксидаза
ВОНГ высокоориентированный пиролитический графит
i гексацианофсррат никеля
i i i, сканирующая электрохимическая микроскопия
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Определение пероксида водорода является важной аналитической задачей для клинической диагностики, контроля состояния окружающей среды и в различных областях промышленности. Около мирового производства пероксида водорода используется для производства целлюлозы и отбеливания бумаги . Поэтому необходимо определять содержание пероксида водорода в грунтовых водах и атмосферных осадках, куда он попадает в результате выбросов промышленности, а также атомных станций . Оксиды серы ЗОх и азота МОх, которые выбрасываются в атмосферу в промышленных районах и являются основными причинами кислотных дождей, окисляются до сульфат и нитратионов именно пероксидом водорода . В пищевой промышленности растворы пероксида водорода применяются для дезинфекции технологических поверхностей оборудования, непосредственно соприкасающихся с продукцией. Кроме того, на предприятиях по производству молочной продукции, соков растворы пероксида водорода используются для дезинфекции упаковки технология Тетра Пак . Селективная регистрация пероксида водорода необходима при разработке биосенсоров на основе оксидаз. Эти ферменты катализируют окисление специфического субстрата кислородом воздуха. При этом кислород восстанавливается до пероксида водорода. Определение концентрации субстрата по пероксиду водорода позволяет существенно понизить предел обнаружения биосснсора . Современная биология и медицина уделяют большое внимание проблеме оксидативного окислительного стресса процесса повреждения клетки в результате воздействия активных форм кислорода АФК, наиболее известными и распространенными из которых являются собственно пероксид водорода, Н2О2, и радикал супероксида О. Оксидативный стресс рассматривается как один из основных факторов риска развития целого спектра патологий, включая нейродегенеративные болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, сердечнососудистые заболевания атеросклероз, сердечная недостаточность, инфаркт миокарда, нефрологические расстройства, глазные болезни, синдром хронической усталости, а также обусловливает старение организма 2. Известно, что в человеческой крови его концентрация может достигать мкМ . В работе показано, что пероксид водорода играет важную роль в иммунной системе. Ученые обнаружили, что после повреждения тканей хвостового плавника рыбки Данио рерио начинается генерация пероксида водорода, который, как полагают, служит сигналом для лейкоцитов к их движению к ране и началу процесса заживления. Слежение за пероксидом при помощи флуоресцентных меток показало устойчивый рост концентрации 1ЬОг на краю раны, начиная с 3 минуты после ранения и максимумом мкМ на минуте. Когда исследователи блокировали способность продуцировать пероксид водорода, лейкоциты не накапливались в месте повреждения. Опыты проводились на рыбах, однако, так как рыбы генетически похожи на человека, предположительно тот же процесс происходят в людях. В работе выдвинуто предположение, что в легких больных бронхиальной астмой имеется повышенное содержание пероксида водорода по сравнению со здоровыми людьми и связано оно с высоким содержанием лейкоцитов. Существует стабильный интерес к разработке новых методов количественного анализа пероксида водорода в различных растворителях и средах. К современным методам анализа Н2О2 предъявляются следующие требования метод должен быть по возможности малоинвазивным и иметь возможность непрерывного измерения концентрации в зависимости от времени. Методы определения пероксида водорода. Среди распространенных методов определения концентрации пероксида водорода можно отметить перманганатометрическое и иодомстрическое титрование, спектрофотометршо, люминесцентные и электрохимические методы анализа. Наиболее простой метод для количественной оценки пероксида водорода титрование перманганатом калия . Этот метод может быть использован в относительно широком диапазоне концентраций Н2О2, но основное его требование, чтобы концентрация пероксида не изменялась с течением времени. В работе предложен датчик на основе полевого полупроводникового транзистора для определения пероксида водорода в конденсате выдыхаемого воздуха.