Laser-induced synthesis of sensor materials

Abstract

В настоящее время достигнуты значительные успехи в области лечения многих хронических и смертельно опасных заболеваний человека, таких как сахарный диабет, онкологические заболевания, многие вирусные заболевания. Всё большее значение, таким образом, приобретает проблема своевременного выявления болезни на начальных этапах, а также дальнейшей диагностики с целью определения необходимости проведения, корректировки или прекращения лечения. Для определения биоаналитов часто используются биосенсоры - специальные датчики, чувствительные к тем или иным химических веществам. В результате данной работы разработана методика селективной металлизации диэлектрических поверхностей, на основе этой методики проведён лазерно-индуцированный синтез электрохимических сенсоров на поверхности твёрдых подложек (стекло, стеклокерамика) и гибких полимерных материалах (полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэтиленнафталат (ПЭН), полиимид). Изучены морфология поверхности, химический состав и электрокаталитические свойства полученных структур; оценены возможности использования данных материалов в качестве биосенсоров на такие биоаналиты как глюкоза и пероксид водорода. Максимальную чувствительность по отношению к глюкозе равную 1,06 μA*см-2*μM-1 показал сенсор на подложке из ПЭНа, к пероксиду водорода - 0,60 μA*см-2*μM-1 на стеклокерамическом материале Ситалл. Минимальная концентрация, доступная для определения была обнаружена для сенсоров на основе Ситалла и стекла для пероксида водорода 3 μM.

Promising results have been reached on treatment of many chronic and fatal human diseases like diabetes mellītus, cancer and many viral diseases. In thix context, the importance of the early and proper recognition and the following diagnostics organized in order to correct, continue or withdraw treatment is constantly increasing. Biosensor, which can be defined as electronic devices sensitive to chemical substances presented in a human’s body, are considered as one of the most powerful tools to approach the challenges mentioned above. This work focuses on Cu-based electrode material fabrication for non-enzymatic detection of such bioanalytes as hydrogen peroxide and glucose. The laser-assisted technique for selective metallisation of rigid (soda-lime glass, glassceramics) and flexible dielectrics (polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polyimide) has been developed and utilized for manufacturing of working electrodes. The surface morphology, chemical composition and electrocatalytical properties of synthesized material were studied. The fabricated electrodes have shown outstanding electrocatalytical activity towards to glucose and hydrogen peroxide, which are important bioanalytes responsible for a number of biological processes. The highest sensitivity towards glucose and hydrogen peroxide detection has been shown by the Cu electrodes fabricated on PEN (1,06 μA*см-2*μM-1) and on glassceramics substrate (0,60 μA*см-2*μM-1) respectively. In turn, the lowest detection limit towards H2O2 (3 μM ) has achieved by sensors manufactured on the surface of glassceramics and soda-lime glass.