Тази дисертационна работа трябва да бъде достъпна в библиотеките в близко бъдеще.
480 търкайте. | 150 UAH | $7,5 ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Дисертация, - 480 рубли, доставка 1-3 часа, от 10-19 (московско време), с изключение на неделя
Карякин, Аркадий Аркадевич. Ензимни електроди, използващи полимерни полупроводници и неорганични поликристали: резюме на дисертация. ... Доктор на химическите науки: 02.00.15 / Московски държавен университет - Москва, 1996. - 33 с.: ил. РГБ ОД, 9 96-4/634-2
Въведение в работата
Релевантност на проблема, Предлаганата дисертационна работа е посветена на начините за свързване на електродни и ензимни реакции. Под термина „конюгация“ авторът има предвид, че електрохимичната реакция възниква в отговор на акт на биологично разпознаване, който в тази работа се счита за ензимна реакция. Според общоприетата класификация ензимните електроди се разделят на три групи. Активното място на ензима може да обменя електрони директно с материала на електрода, както се случва в ензимните електроди от трето поколение. Ензимните електроди от второ поколение се основават на използването на дифузионно подвижни или имобилизирани медиатори за тази цел. Досега усъвършенстването на биосензори от първо поколение, работещи на принципа на окисление-редукция на конюгиран субстрат или продукт на ензимна реакция, не е загубило своята актуалност. В предложената работа ще бъдат разгледани и трите вида ензимни електроди.
Понастоящем изискванията на клиничната диагностика, опазването на околната среда и различни индустриални области водят до търсенето на евтини, специфични и бързи методи за анализ. Електрохимичните биосензори отговарят перфектно на тези изисквания. Простотата на записващото устройство и спецификата на биологичното разпознаване, съчетани с високи скорости на катализа, осигуряват на биологичните сензори приоритет в биоаналитичната химия. Не без причина само няколко години след откриването на първия биосензор той беше приет за масово производство от Yellow Springs Instruments. Успехът на друг биосензор, персоналният детектор за глюкоза, може да бъде илюстриран със следните цифри: производството, което започна като скромна компания през 1987 г., достигна оборот от половин милиард щатски долара годишно само за седем години.
Не е изненадващо, че предложената работа също се фокусира върху базирани на ензими електроаналитични устройства. Формулирането на някои проблеми всъщност възникна от необходимостта да се подобрят съществуващите биосензори.
От практическа гледна точка е важно да се отбележи използването на ензимни електроди и за разработването на горивни клетки и биоспецифични системи за електросинтеза. И ако през последните десет години задачата за създаване на биогоривни елементи донякъде е загубила своята актуалност, след като се е преместила географски в страните от Средна и Югоизточна Азия, тогава проблемите на биоелектросинтезата все още трябва да бъдат решени, може би в близко бъдеще. От гледна точка на бъдещата технология, системите за свързване на електрод-ензимна реакция могат да намерят неочаквани приложения като входно/изходни устройства в биологични компютри.
Както изглеждаше при формулирането на проблема, такова изследване трябва да бъде
е посветен на приложението на знанията, натрупани от съвременната електрохимия за целите на биоелектрокатализата. Условията на работа на биологичните катализатори обаче диктуват техните собствени изисквания към свойствата на модифицираните електроди. По този начин, когато изпълняваше тази работа, авторът трябваше да реши действителните електрохимични проблеми. Най-ярките примери включват удължаването на редокс активността на полианилина до диапазона на физиологичното рН и изследването на нова група електрохимично активни полимери, получени чрез електрополимеризация на редокс индикатори от азиновата серия.
Целта на работатаимаше търсене на нови начини за свързване на ензимни и електрохимични реакции за разработване на ензимни електроди от първо, второ и трето поколение с помощта на полимерни полупроводникови филми и неорганични поликристали. Разработването на ензимни електроди е планирано главно поради съображения за създаване на нови, по-напреднали електроаналитични системи.
Научна новост. Предложената дисертация обхваща всички съществуващи видове свързване на електродни и ензимни реакции. Започвайки с феномена на директната биоелектрокатализа, изследванията след това преминават към прилагането на проводими полимери и неорганични поликристали за създаване на първо и второ поколение ензимни електроди.
Дисертационният труд поставя основите на няколко научни направления. Феноменът на биоелектрокатализата от хидрогенази е в основата на множество трудове в тази област. Може би това, което все още е оригинално, е сравнението на механизмите на действие на ензима в хомогенен и електрохимичен режим. Предложеният молекулярен механизъм на действие на хидрогеназите позволява на автора да формулира хипотеза за включването на ензими в директна биоелектрокатализа чрез механизма на директен обмен на електрони между активния център на ензима и електрода.
Отделна област беше изследването на електрополимеризацията на азинови багрила, които са медиатори на биоелектрохимични реакции. Изследването на структурата на нова група полимери и оптимизирането на условията за техния електросинтез доведоха до самостоятелно научно направление. Получените полимери запазват свойствата на оригиналните мономери, като форма на имобилизация на медиатори върху електродите, и в същото време показват нови нетрадиционни свойства. По-специално, полимерните азини се оказаха ефективни електрокатализатори за регенериране на кофактори, което направи възможно създаването на дехидрогеназни електроди на тяхна основа.
Фундаментален за фундаменталната и приложна електрохимия на проводимите полимери беше синтезът на самолегиран полианилин, който е електрохимично активен в неутрални и алкални водни разтвори. Използвайки самолегиран полимер като пример, беше възможно да се проследят свойствата на полианилина при високи стойности на pH. При преместване от
Беше предложено да се създадат потенциометрични биосензори на базата на юлианилин. В допълнение към технологичните предимства на използването на проводим полимер като сензорен елемент, получените биосензори имат много по-висока чувствителност в сравнение с известните системи.
Предложената работа съдържа приоритет за използването на неорганични
уликристали от пруско синьо за биосензорни цели. Успял да синтезира
Шоков катализатор за селективна редукция на водороден пероксид, нечувствителен
: кислород в широк диапазон от потенциали. Това реши вековния проблем
имперометрични биосензори - смущаващо влияние на редуциращи агенти. 4
И накрая, несъмнените успешни резултати, постигнати в тази работа, включват оптимизирането на ензимната имобилизация върху повърхността на модифицираните електроди. Предложеният метод за образуване на ензим-съдържащи мембрани направи възможно значително повишаване на стабилността на биологичните катализатори.
Практическа стойностсе състои предимно от създаване на нови видове ензимни електроди, подходящи за различни приложения.
Първо поколение ензимни електроди на базата на пруско синьо са разработени за използване в електроаналитични системи. Замяната на платината с електрод, модифициран с неорганичен поликристал, не само намалява цената на биосензора. Поради високата си сорбционна активност, катализаторите на базата на утали от платинова група могат да бъдат отровени от голям брой съединения с ниско молекулно тегло, включително тиоли, сулфиди и др., Което не е типично за електрокатализатори на базата на пруско синьо. Благодарение на многослойната структура на последното върху модифицирани електроди е възможно да се постигнат най-високите плътности на тока на редукция на водороден пероксид в сравнение с известните електрокаталитични системи. С помощта на глюкозен биосензор на базата на пруско синьо беше демонстрирана високата чувствителност и селективност на сензорите, които отговарят на изискванията на неинвазивната диагностика.
Синтезът на електрокатализатор за редукция на водороден пероксид, нечувствителен към кислород, на базата на пруско синьо, може значително да намали потенциала на индикаторния електрод, което прави реакцията на сензора независима от наличието на редуциращи агенти като аскорбат и парацетамол и по този начин позволява да разрешим най-важния проблем на амперометричните биосензори, базирани на оксидази. Използването на разработения електрод като детектор в система за инжектиране на поток увеличава скоростта на анализа. В допълнение към демонстрирания анализ на глутен-
4 кози и етанол, може да се направи подобен биосензор за анализ на всяко вещество в присъствието на подходяща оксидаза. Сред практически важните вещества, които могат да бъдат анализирани по този начин, са холестерол, глицерол, аминокиселини и галактоза. Областите на приложение на биосензорите, базирани на пруско синьо, са клиничната диагностика и някои области на хранително-вкусовата промишленост.
Важен практически резултат е разработването на потенциометрични биосензори на базата на полианилин. Използването на последния като преобразувател на pH позволява да се повиши чувствителността на биосензорите. Базираният на полианилин глюкозен ензимен електрод има три до четири пъти по-висока реакция в сравнение с чувствителен към глюкоза транзистор с полеви ефекти. Границата на откриване на органофосфорни вещества с биосензор на основата на полианилин е 10-7 m, което е по-ниско от познатите потенциометрични системи (10/5 * 10 _ 6 M). Потенциометричните биосензори на базата на полианилин могат да се използват в клиничната диагностика за анализ на същата глюкоза, както и на свързания холестерол, триацилглицериди и др. Възможно е използването на потенциометрични биосензори на базата на полианилин за опазване на околната среда.
Създаването на дехидрогеназни електроди отваря големи възможности за електроаналитични цели, тъй като ензимите от тази група наброяват повече от 500 наименования и катализират трансформацията на голямо разнообразие от вещества. Електрополимеризацията е метод за имобилизиране на медиатори, използвани в биоелектрокаталитични реакции върху електрод. Получените модифицирани електроди са по-ефективни електрокатализатори и показват десетки пъти по-висока работна стабилност. Използването на полимерни азини прави възможно създаването на биосензори както за окислителни, така и за редуциращи субстрати на дехидрогенази, тъй като електрохимичната регенерация на NAD + /NADH кофактора може да се извърши във всяка посока. Наред с кофактор-зависимите са разработени краткотрайни биосензори без реагенти на базата на дехидрогенази.
Електродите за дехидрогеназа, заедно с електрод с водороден ензим без реагент, могат също да се използват за създаване на биогоривни клетки.
Методът за имобилизиране на ензими във водонеразтворими полиелектролити от водно-алкохолни смеси с високо съдържание на органичен разтворител има практическа стойност. Мембраните, съдържащи ензим на Nation, имат висока стабилност и добра адхезия към повърхността на модифицираните електроди. Освен това такива мембрани са биосъвместими.
И накрая, разработените модифицирани електроди на базата на самолегиран полианилин, полимерни азини, пруско синьо и филми, изискващи анодно и катодно иницииране, могат да намерят приложение заедно с биотехнологиите.
5 химическа и в други области на електрохимията.
Изследователски методи. В работата са използвани електрохимични и кинетични методи в режими, които осигуряват максимално информационно съдържание. При кинетични изследвания концентрацията на субстрата или продукта от ензимната реакция се контролира спектрофотометрично или полярографски. Кинетичният анализ се извършва, като се използват както първоначалните скорости на реакцията, така и пълната кинетика. За да се опрости кинетичният анализ, беше предложена обобщена форма на записване на уравнението на скоростта за неразклонени каталитични реакции в стационарен режим. Електрохимичните изследвания се основават на методите на стационарните поляризационни криви и цикличната волтаметрия. Използван е и методът на електрохимичния импеданс. Електрополимеризацията и електроотлагането се извършват в тотенциодинамични и потенциостатични режими. За да се изследва електрохимичната кинетика, беше необходимо да се използва методът на въртящия се дисков електрод. Разработените химически и биологични сензори са изследвани в режими на сперометрия при постоянен потенциал на индикаторния електрод и потенциометрия. За анализ на структурата на полимеразини са използвани методи на спектроелектрохимия и инфрачервена спектроскопия. За да се увеличи скоростта на анализа, е монтирана поточно-инжекционна инсталация с електрохимична клетка от тип стена-струя, която осигурява благоприятен хидродинамичен режим на индикаторния електрод.
Апробация на работата. Резултатите от работата бяха представени на руски и международни конференции: Международен симпозиум по молекулярна биология на хидрогеназите (Сегед, 1985), III Всесъюзна конференция "Химични сензори" (Ленинград, 989), Международен симпозиум по биоаналитични методи (Прага, 1990), Международен конгрес "Сензори и преобразуватели на информация" (Ялта, 1991), Международна конференция "Биотехнология във Великобритания" (Лийдс, 1991), Руско-германски срещи по биосензори (Москва, 1992, Мюнстер, 1993), VII All- Union Imposium on Engineering Enzymology (Москва, 1992), Международна научна школа по биосензорни материали (Pushchino, 1994), семинар по електрохимия на проводимите полимери в Института по електрохимия на името на. А.Н. Frumkin RAS (Москва, 1995), Международна среща по електрохимия на електроактивни полимерни покрития, /VEEPF "95 (Москва, 1995), IX Международна конференция "Евросензори и преобразуватели"95" (Стокхолм, 1995), III Международна среща "Биосензорни системи за индустриални приложения" (Лунд, 1995 г.), Международна конференция 5iocatalysis-95" (Суздал, 1995 г.), V Международен симпозиум "Кинетика в халитната химия" (Москва, 1995 г.), на среща на електрохимичните дружества на Португалия и Испания (Apgarve , 1995 г.), на I Международен симпозиум по биосензори в Гранд Тихоокеанския регион (Wollongong, 1995 г.), на Международната среща по
мултифункционални полимери и тънки полимерни системи (Wollongong, 1996), на VI Международна конференция по електроанализ "ESEAC96" (Durham, 1996).
Публикации. Въз основа на дисертационните материали са публикувани 41 печатни труда, получено е авторско свидетелство.
Структура и обхват на работата. Дисертацията е ръкопис, състоящ се от 12 глави, увод и заключение, както и заключения и списък на цитираната литература (347 заглавия). Обемът на дисертационния труд е 383 страници, включващи 76 фигури и 8 таблици.
JOURNAL OF ANALYTICAL CHEMISTRY, 2009, том 64, № 12, стр. 1322-1323
ЮБИЛЕЙ А.А. КАРЯКИН
На 9 декември 2009 г. Аркадий Аркадиевич Карякин, доктор на химическите науки, професор и ръководител на лабораторията по електрохимични методи на катедрата по аналитична химия на Московския държавен университет, празнува своя 50-годишен юбилей. М.В. Ломоносов (MSU).
А.А. Карякин е роден в Москва в семейство на химици. Баща му, Аркадий Василиевич Карякин, беше професор и ръководител на лаборатория в Института по геохимия и аналитична химия на името на. Вернадски Академия на науките на СССР. След като завършва с отличие Химическия факултет на Московския държавен университет през 1981 г., А. А. Карякин продължава да работи във факултета, като се издига от асистент до професор. През 1985 г. защитава докторска дисертация по специалността „Кинетика и катализа” на тема: „Химична и електрохимична кинетика на действието на ензима хидрогеназа”, а през 1996 г. защитава докторска дисертация по същата специалност на тема „Ензим електроди на базата на полупроводникови полимери и неорганични поликристали".
Научните му интереси са широки и разнообразни. Основният приоритет на дейност, формирана в катедрата по химична ензимология и реализирана в катедрата по аналитична химия, е разработването и прилагането на нови методи за електрохимичен анализ с използване на каталитични системи на базата на неорганични поликристали, проводими полимери и биомолекули. Сред работата, извършена под ръководството на Аркадий Аркадиевич, може да се подчертае разработването на електрохимични сензори за определяне на водороден пероксид, които имат рекордни характеристики, както и изграждането на тяхна основа на биосензори, използващи ензими от класа на оксидазите. Има авторитет в тази област, както в родната научна общност, така и в чужбина. Изследванията продължават успешно, което води до разработването на сензори за T/U мониторинг на човешки метаболити, системи за клиничен анализ и контрол на качеството на храните. Като един от пионерите в
ЮБИЛЕЙ А.А. КАРЯКИН
областта на директната биоелектрокатализа, A.A. Карякин продължава изследването на водородни ензимни електроди на базата на хидрогенази, което започва още преди да защити първата си дисертация. Той разработи горивни клетки на базата на ензими, които имат екстремни токови характеристики и функционират в бактериална среда.
Под ръководството на Аркадий Аркадиевич са успешно защитени 8 кандидатски дисертации, той публикува 4 монографии, заедно с колегите си - 9 рецензии, над 70 оригинални статии, получава 3 патента и прави много доклади. Член е на редакционните колегии на научните списания Electroanalysis, Electrochemistry Communications и Talanta. Аркадий Аркадиевич активно развива международно сътрудничество с водещи научни колективи в чужбина. Сред колеги и приятели на А.А. Карякин широко известни учени от Швеция, Германия, Италия, САЩ и др
държави Изследванията, проведени под ръководството на A.A. Карякин, са подкрепени от руски и европейски научни фондации. Член е на два дисертационни съвета към Химическия факултет на Московския държавен университет.
Аркадий Аркадиевич се занимава с класическо пеене. Той е член на вокалното студио към Централния дом на учените на Руската академия на науките, ръководено от народния артист на СССР З.Л. Соткелава, обича конна езда и ски. Винаги е приятелски настроен, активно сътрудничи със специалисти в различни области на науката, ползва се с авторитет сред колегите и учениците си.
Колеги и приятели, редакцията на Journal of Analytical Chemistry сърдечно поздравява Аркадий Аркадиевич с юбилея му и му желае здраве и много творчески успехи в неговата научна и педагогическа дейност.
СПИСАНИЕ ЗА АНАЛИТИЧНА ХИМИЯ том 64< 12 2009
За да продължите да четете тази статия, трябва да закупите пълния текст. Статиите се изпращат във формат PDFна имейл адреса, посочен при плащането. Времето за доставка е по-малко от 10 минути. Цена на една статия - 150 рубли.
Изобретението се отнася до метод за получаване на високостабилен сензорен елемент за водороден прекис и може да се използва в аналитичната химия, клиничната диагностика, мониторинга на околната среда и в различни области на промишлеността. Методът включва стабилизиране на пруско синьо с никелов хексацианоферат. В този случай се извършва последователно отлагане на пруско синьо и никелов хексацианоферат. Методът дава възможност за създаване на сензори с висока чувствителност, селективност и добра възпроизводимост на текущия сигнал, т.е. с висока стабилност. 1 заплата f-ly, 2 ил.
Чертежи за RF патент 2442976
Изобретението се отнася до метод за получаване на чувствителен елемент на сензор за водороден пероксид. По-специално, към метод за стабилизиране на пруско синьо, което е електрокатализатор за редукция на водороден пероксид, с никелов хексацианоферат.
Определянето на водороден пероксид е важна аналитична задача за клинична диагностика, мониторинг на околната среда и различни индустриални приложения. Съдържанието му трябва да се определи в подпочвените води и атмосферните валежи, където попада в резултат на емисиите от промишлеността и атомните електроцентрали, както и в хранително-вкусовата промишленост.
Днес най-ефективният чувствителен елемент за определяне на водороден пероксид е пруското синьо - желязо (III) хексацианоферат (II). Инертни електроди (платина, злато, стъклен въглерод), модифицирани с пруско синьо, се използват широко при проектирането на сензори за водороден пероксид и биосензори, съдържащи имобилизирани оксидази като биочувствителен елемент.
Когато пруският син филм взаимодейства с определения водороден пероксид, последният се разлага до хидроксидния йон OH - . При ниски концентрации на водороден пероксид ефектът му върху свойствата на сензора е незначителен. По време на непрекъснати измервания обаче може да се образува значително количество хидроксидни йони, което води до постепенно разтваряне на пруското синьо покритие от повърхността на електрода. За извършване на непрекъснат мониторинг на съдържанието на водороден пероксид са необходими сензори, които, наред с висока чувствителност и селективност, имат добра възпроизводимост на текущия сигнал, тоест имат висока стабилност.
Същността на изобретението е следната:
Предложен е метод за съвместно отлагане на чувствителен елемент (пруско синьо) и стабилизатор (никелов хексацианоферат) върху повърхността на електрод за получаване на високо стабилен сензор за водороден пероксид;
Предложен е метод за последователно отлагане на чувствителен елемент (пруско синьо) и стабилизатор (никелов хексацианоферат) върху повърхността на електрод за получаване на високо стабилен сензор за водороден пероксид.
Електрохимичен метод за съвместно отлагане на пруско синьо и никелов хексацианоферат върху повърхността на електрод
Съвместното електроотлагане на никелов хексацианоферат и пруско синьо се извършва в потенциодинамичен режим, когато потенциалът, приложен към работния електрод, се променя от 0 до +0,75 V, скоростта на изместване на потенциала е 50-100 mV / s, за 5-20 цикъла. Синтезът беше извършен в клетка с три електрода, съдържаща работен електрод, референтен електрод от сребърен хлорид и спомагателен електрод от стъклен въглен. Разтворът за растеж съдържа 1 mM K3 и x mM NiCl2 и (1-x) mM FeCl3 (x от 0,1 до 0,9) в фонов електролит от 0,1 M KCl, 0,1 M HCl.
След това електродите се циклизират в диапазона на потенциала от 0 до +1 V във фонов електролит от 0,1 М KCl, 0,1 М HCl при скорост на изместване на потенциала от 40 mV/сек за 20 цикъла. След това електродите се подлагат на топлинна обработка при 100°C за 1 час и се охлаждат до стайна температура.
Фигура 1 показва сравнение на зависимостите на тока спрямо времето при постоянен поток от 1·10 -3 M H 2 O 2 за сензори с чувствителни елементи на базата на пруско синьо и пруско синьо, стабилизирани с никелов хексацианоферат чрез съвместно утаяване от солни разтвори. За смесено покритие беше възможно да се намали константата на инактивиране на каталитичното покритие с почти порядък - тя беше 5·10 -3 min -1 в сравнение с 45·10 -3 min -1 за пруско синьо. В режим на постоянен поток на водороден пероксид към повърхността на електрода за 20 минути сензор със стабилизиран чувствителен елемент губи по-малко от 10% от първоначалната стойност на сигнала, докато сензор, базиран на пруско синьо, губи повече от 35% от сигнала стойност за 10 минути.
Електрохимичен метод за последователно отлагане на пруско синьо и никелов хексацианоферат върху повърхността на електрод
Последователна електросинтеза на каталитични слоеве от пруско синьо и стабилизиращи слоеве от никелов хексацианоферат беше извършена в различни триелектродни клетки. Една от клетките съдържа растежен разтвор за синтеза на никелов хексацианоферат: 1 mM K3 и 1 mM NiCl2 в фонов електролит от 0,1 M KCl, 0,1 M HCl. Втората клетка съдържаше разтвор за електросинтеза на пруско синьо; концентрациите на солта бяха варирани в диапазона от 0,5-4 mM както за FeCl3, така и за K3. Електрохимичното отлагане на покритие от никелов хексацианоферат се извършва в потенциодинамичен режим, с размах на потенциала от 0 до +0,75 V, скоростта на изместване на потенциала е 50-100 mV/s, за 1-5 цикъла. Електроотлагането на пруско синьо беше извършено в потенциодинамичен режим, с размах на потенциала от +0,4 до +0,75 V, скоростта на изместване на потенциала беше 10-20 mV/s, за 1-5 цикъла. След отлагането на едно от съединенията, електродът се изплаква с дестилирана вода и се прехвърля в друга клетка за последващо отлагане на друго съединение. Общият брой на слоевете в чувствителния елемент на сензора варира от 2 до 20.
Етапите на обработка на електрода след завършване на електросинтезата са подобни на тези, описани в пример 1.
От фигура 2 става ясно, че за сензор с чувствителен елемент, базиран на пруско синьо покритие, стабилизирано с никелов хексацианоферат чрез последователно електроотлагане, сигналът е стабилен за 1 час или повече, докато в случай на сензор с нестабилизиран чувствителен елемент , повече от 35 се губят за 10 минути % от първоначалната стойност на сигнала. Беше възможно да се намали константата на инактивиране на каталитичното покритие на пруско синьо, стабилизирано с никелов хексацианоферат чрез последователно електроотлагане, с четири порядъка: за него константата беше 5·10 -6 min -1, докато за пруско синьо беше 4,5-10· -2 мин -1.
Всички характеристики на сензорите са получени от експерименти, проведени в режим на тестване с инжектиране на поток във фосфатен буфер (0,1 М KCl, 0,1 М KH2PO4, pH = 6,0). Дебитът на буферния разтвор е 0,25 ml/min. Работен потенциал 0 V rel. Ag/AgCl/1 М KCl.
Литература
1. Аркадий А. Карякин, Пруско синьо и неговите аналози: Електрохимия и аналитични приложения. Електроанализ (2001), 13, 813-19.
ИСК
1. Метод за получаване на чувствителен елемент на сензор за водороден пероксид, характеризиращ се с това, че за да се увеличи стабилността на чувствителния елемент, пруското синьо се стабилизира с никелов хексацианоферат.
2. Метод за получаване на чувствителен елемент съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че за повишаване на стабилността на чувствителния елемент се използва последователно отлагане на пруско синьо и никелов хексацианоферат.