CC BY
62
HIGH TECHNOLOGIES OF THE XXI CENTURY IN PRACTICE
УДК 543.664
Электрохимические сенсоры
на основе нанотехнологий
Л.В. Драчева, канд. хим. наук Международная академия информатизации
Как показывает библиотечный скрининг, число публикаций по вольтамперо-метрическому методу анализа за период 1927-2003 гг. составило около 32 тыс. научных работ. Наиболее плодотворно в этой области работают ученые США, Японии, России, Германии.
В настоящее время одна из областей применения наноматериалов - создание электрохимических сенсоров нового поколения, включая и биохимические.
Для этого применяют новые материалы, такие как углеродные нанотрубки, нановолокна, нанопроволоки, позволяющие получать соответствующие нано-модификаторы - наночастицы золота, серебра, платины, родия, висмута и других металлов.
При этом электроды, модифицированные соответствующими наночастица-ми, могут быть использованы даже для прямого определения ДНК. Это связано с тем, что размеры нанотрубок близки к размерам биомолекул, таким как протеины или ДНК, что позволяет получать функциональные наноструктурирован-ные биосенсоры, способствующие развитию биоэлектрохимии, представляющей собой новую междисциплинарную область, объединяющую биотехнологию и электрохимию.
Как известно, электрохимические аналитические системы характеризуются высокой чувствительностью, селективностью, экспрессностью, что позволяет применять их для проведения мониторинга безопасности и качества пищевых продуктов, объектов окружающей среды, а также в экспресс-диагностике различных заболеваний человека.
Сегодня активно разрабатываются электрохимические сенсоры и соответствующие приборы/анализаторы для использования в различных областях, включая пищеперерабатывающую промышленность, биологию, биотехнологию и т. д.
Уникальные свойства наноструктури-рованных материалов связаны с их большой поверхностной энергией вследствие наличия на ней ненасыщенных атомных связей. Это, в свою очередь, обусловливает их высокую адсорбционную, каталитическую и электрохимическую активность, что делает данные материалы перспективными для применения в химическом и биохимическом анализе.
На сегодняшний день достаточно хорошо изучены условия создания, а также характерные для электрохимического
Ключевые слова: электрохимические сенсоры; наномодификация; аналитические системы; пищевая промышленность; антиоксидантная активность.
Key words: electrochemical sensor controls; nano-modification; analytical systems; the food-processing industry; antioxidant activity.
поведения сенсорные свойства ансамблей ультрамикро- и нано-электродов.
В результате полученной информации об электрохимических свойствах нано-частиц металлов в растворе проводятся дальнейшие исследования по снижению предела обнаружения элементов, подвергающихся анализу. При этом наночастицы металлов локализуют на поверхности индифферентного макроэлектрода. Уже на практике реализуются энергетические особенности ансамблей на-ночастиц, которые отличаются по сравнению с микро- и макрочастицами.
Большое внимание уделяется изучению особенностей протекания электродных процессов с участием ультрамикро- и наночастиц таких металлов, как золото, серебро, висмут и других совместно с их агрегатами в зависимости от размера и соответственно их распределения на рабочей поверхности создаваемых электродов, обладающих улучшенными аналитическими характеристиками.
Вместе с тем разрабатываются и новые, более усовершенствованные способы модифицирования поверхности гра-фитсодержащих электродов. Впервые предложен способ формирования ансамблей ультрамикро- и наночастиц металлов путем восстановления ионов металлов из соединений, локализованных на графитсодержащей поверхности. Изучены условия получения химическим способом золей с различными размерами наночастиц золота, серебра, висмута. С помощью микроскопических методов получены данные о среднем размере наночастиц металлов и их агрегатов как в золях, так и на поверхности углерод-содержащих подложек.
Показано, что наиболее электрохимически активные наноструктуры металла-модификатора образуются на основе соединений, иммобилизованных на микронеоднородной или дефектной гра-фитсодержащей поверхности. Установлено, что при переходе от макрострук-
турированной к наноструктурированнои поверхности электрохимические характеристики электродов улучшаются. В то же время, степень агрегации наночастиц снижает их электрохимическую способность.
Разработан метод определения суммарной антиоксидантной активности жирорастворимых антиоксидантов в пищевых продуктах путем создания двухфазных систем при использовании платинового электрода и электрода на основе наночастиц платины. При анализе растворов индивидуальных жирорастворимых антиоксидантов в сливочных и растительных маслах для стабилизации эмульсий применяют додецилсуль-фат натрия в качестве поверхностно-активного вещества.
Для оценки антиоксидантной активности разработан принципиально новый
Разработка сенсоров на основе наночастиц - это новое и быстро развивающееся направление в современном электроанализе, которое, несомненно, расширит границы использования электрохимических методов для контроля качества и безопасности пищевых продуктов.
потенциометрический метод с использованием медиаторной системы. Принцип метода заключается во введении в анализируемую среду медиаторной системы, в качестве которой могут служить комплексы переходных металлов разных степеней окисления с последующим измерением потенциалов, устанавливающихся на электроде до и после введения анализируемой пробы. Разработаны методики определения антиоксидантной активности в пищевых продуктах, биологически активных добавках, физиологически важных средах организма человека в здоровом состоянии и при наличии патологии.
Разработка сенсоров на основе наночастиц- это новое и быстро развивающееся направление в современном электроанализе, которое, несомненно, расширит границы использования электрохимических методов для контроля качества и безопасности пищевых продуктов.
ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 4/2011 27
