Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОГО ОПТИЧЕСКОГО КИСЛОРОДНОГО СЕНСОРА С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕЗОПОРИСТОГО SiO2

Полный текст:

Аннотация

Создан новый композитный сенсорный материал для определения молекулярного кислорода, в котором флуоресцентный индикатор, Pt (II) 5,10,15,20-тетракис(2,3,4,5,6-пентафторфенил)-порфирин, адсорбирован на частицах мезопористого силикагеля, распределяемых во фторированном полимере, выполняющем функции газотранспортной магистрали и защиты от вымывания. С помощью комплекса методов определены оптимальные условия, приводящие к монослойной адсорбции красителя. Обнаружено, что при соотношении диаметра условного центра адсорбции к среднему диаметру молекулы индикатора меньше 3 начинается нежелательная многослойная сорбция с образованием димеров. Применен оригинальный способ инкапсуляции микрочастиц с образованием поверхностной соли фторированных ПАВ, защищающей материал на этапе изготовления перед нанесением на подложку. Показано, что созданный материал обладает линейной градуировочной зависимостью в диапазоне от 0 до 40 °C, временем отклика в газовой фазе менее 10 с и фотостабильностью, достаточной для функционирования в качестве кислородного сенсора в течение минимум года.

Об авторах

П. В. Мельников
МИРЭА — Российский технологический университет (РТУ МИРЭА)
Россия
119454, Москва, просп. Вернадского, 78


А. О. Наумова
МИРЭА — Российский технологический университет (РТУ МИРЭА); Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ)
Россия
119454, Москва, просп. Вернадского, 78; 119991, Москва, Ленинские горы, 1


А. Ю. Александровская
МИРЭА — Российский технологический университет (РТУ МИРЭА)
Россия
119454, Москва, просп. Вернадского, 78


Н. К. Зайцев
МИРЭА — Российский технологический университет (РТУ МИРЭА)
Россия
119454, Москва, просп. Вернадского, 78


Список литературы

1. Papkovsky D.B., Dmitriev R.I. Quenched-phosphorescence detection of molecular oxygen: applications in life sciences. UK: The Royal Society of Chemistry, 2018. 365 p.

2. Wolfbeis O.S. Luminescent sensing and imaging of oxygen: Fierce competition to the Clark electrode // Bioessays. 2015. V. 37. P. 921–928.

3. Ahmed I., Lin H., Zou L., Brody A.L., Qazi I.M., Lv L., Pavase T.R., Khan M.U., Khan S., Sun L. An overview of smart packaging technologies for monitoring safety and quality of meat and meat products // Packag. Technol. Sci. 2018. V. 31. P. 449–471.

4. Зайцев Н.К., Жаров А.А., Мельников П.В., Кожухова А.Е. Экспресс-метод определения кислорода в водных, неводных и газообразных средах // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 9. С. 9–14.

5. Feng W., Zhou N., Chen L., Li B. An optical sensor for monitoring of dissolved oxygen based on phase detection // J. Opt. 2013. V. 15. Art. №055502.

6. Wolfbeis O.S. Materials for fluorescence-based optical chemical sensors // J. Mater. Chem. 2005. V. 15 P. 2657–2669.

7. Quaranta M., Borisov S.M., Klimant I. Indicators for optical oxygen sensors // Bioanal. Rev. 2012. V. 4. P. 115–157.

8. Chu Ch.-Sh., Lo Yu-L. High-performance fiber-optic oxygen sensors based on fluorinated xerogels doped with Pt(II) complexes // Sensors Actuators B. 2007. V. 124. P. 376–382.

9. Chu Ch.-Sh., Lin Ch.-A. Optical fiber sensor for dual sensing of temperature and oxygen basedon PtTFPP/CF embedded in sol-gel matrix // Sensors Actuators B. 2014. V. 195. P. 259–265.

10. Bolivar J.M., Schelch S., Mayr T., Nidetzky B. Mesoporous silica materials labeled for optical oxygen sensing and their application to development of a silica-supported oxidoreductase biocatalyst // ACS Catal. 2015. V. 5. № 10. P. 5984–5993.

11. Chae K.H., Hong D.W., Lee M.K., Son O.J., Rhee J.I. Anti-fouling sol–gel-derived sensing membrane entrapped with polymer containing phosphorylcholine groups for an optical O 2 sensor application // Sensors Actuators B. 2012. V. 173. P. 636–642.

12. Hongbin Z., Mu C. Anti-fouling coatings of poly(dimethylsiloxane) devices for biological and biomedical applications // J. Med. Biol. Eng. 2015. V. 35. № 2. P. 143–155.

13. Zhu P., Meng W., Huang Y. Synthesis and antibiofouling properties of crosslinkable copolymers grafted with fluorinated aromatic side chains // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 3179–3189.

14. Papkovsky D.B., Dmitriev R.I. Biological detection by optical oxygen sensing // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 8700–8732.

15. Ehgartner J., Strobl M., Bolivar J.M., Rabl D., Rothbauer M., Ertl P., Borisov S.M., Mayr T. Simultaneous determination of oxygen and pH inside microfluidic devices using core-shell nanosensors // Anal. Chem. 2016. V. 88. № 19. P. 9796–9804.

16. Ehgartner J., Sulzer P., Burger T., Kasjanow A., Bouwes D., Krühne U., Klimant I., Mayr T. Online analysis of oxygen inside silicon-glass microreactors withintegrated optical sensors // Sensors Actuators B. 2016. V. 228. P. 748–757.

17. Lehner P., Staudinger C., Borisov S.M., Klimant I. Ultra-sensitive optical oxygen sensors for characterization of nearly anoxic systems // Nature Commun. 2014. V. 5. P. 4460.

18. Zaitsev N.K., Melnikov P.V., Alferov V.A., Kopytin A.V., German K.E. Stable optical oxygen sensing material based on perfluorinated polymer and fluorinated platinum(II) and palladium(II) porphyrins // Proced. Engin. 2016. V. 168. P. 309–312.

19. Muller B.J., Burger T., Borisov S.M., Klimant I. High performance optical trace oxygen sensors based on NIR-emittingbenzoporphyrins covalently coupled to silicone matrixes // Sensors Actuators B. 2015. V. 216. P. 527–534.

20. Koren K., Borisov S.M., Klimant I. Stable optical oxygen sensing materials based on click-coupling of fluorinated platinum(II) and palladium(II) porphyrins — A convenient way to eliminate dye migration and leaching // Sensors Actuators B. 2012. V. 169. P. 173–181.

21. Antropov A.P., Ragutkin A.V., Melnikov P.V., Zaitsev N. K. Composite material for optical oxygen sensor // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. V. 289. Art. № 012031 (5 p.).

22. Кузнецова Н.А., Южакова О.А., Козлов А.С., Красновский А.А., Страховская М.Г., Калия О.Л. Влияние размера нанопор носителя на активность гетерогенного фотосенсибилизатора на основе фталоцианина, ковалентно привитого к аминопропилированному силикагелю // Российские нанотехнологии. 2013. Т. 8. № 1–2. С. 105–109 (Kuznetsova N.A., Yuzhakova O.A., Kaliya O.L., Kozlov A.S., Krasnovskii A.A., Strakhovskaya M.G. Effect of support-pore size on activity of heterogeneous photosensitizer based on phthalocyanine covalently grafted to aminopropylated silica gel // Nanotechnologies in Russia. 2013. V. 8. № 1–2. P. 122–128.)

23. Valimaki H., Verho J., Kreutzer J., Rajan D.K., Ryynänen T., Pekkanen-Mattila M., Ahola A., Tappura K., Kallio P., Lekkala J. Fluorimetric oxygen sensor with an efficient optical read-out forin vitro cell models // Sensors Actuators B. 2017. V. 249. P. 738–746.

24. Ванников А.В., Гришина А.Д. Фоторефрактивный эффект в полимерных системах // Успехи химии. 2003. Т. 72. № 6. С. 531–549 (Vannikov A.V., Grishina A.D. The photorefractive effect in polymeric systems // Russ. Chem. Rev. 2003. V. 72. № 6. P. 471–488.)

25. Buckley A.M., Greenblatt M. The sol-gel preparation of silica gels // J. Chem. Educ. 1994. V. 71. № 7. P. 599–602.

26. Besbes M., Fakhfakh N., Benzina M. Characterization of silica gel prepared by using sol-gel process // Phys. Proced. 2009. V. 2. P. 1087–1095.

27. Зуев Б.К., Новичков Р.В., Александрова Е.О., Оленин А.Ю. Получение и исследование состава поверхностного слоя химически модифицированных наночастиц диоксида кремния // Российские нанотехнологии. 2015. Т. 10. № 1–2. С. 49–54 (Zuev B.K., Olenin A.Y., Novichkov R.V., Alexandrova E.O. Preparation and study of the surface-layer composition of chemically modified silica nanoparticles // Nanotechnologies in Russia. 2015. V. 10. № 1–2. P. 53–59.)

28. Zaitsev N.K., Dvorkin V.I., Melnikov P.V., Kozhukhova A.E. A Dissolved oxygen analyzer with an optical sensor // J. Anal. Chem. 2018. V. 73. № 1. P. 102–108.

29. Korena K., Huttera L., Enko B., Pein A., Borisov S.M., Klimant I. Tuning the dynamic range and sensitivity of optical oxygen-sensors by employing differently substituted polystyrenederivatives // Sensors Actuators B. 2013. V.176. P. 344–350.

30. Isakova A.A., Safonov A.V., Alexandrovskaya A.Yu., Galushko T.B., Indenbom A.V., Spitsyn B.V. The effect of nanodiamond surface modification on interaction with pseudomonas putida K12 // Prot. Metals Phys.Chem. Surf. 2017. V. 53. № 2. P. 220–223.


Просмотров: 59


ISSN 1992-7223 (Print)