Laser-induced synthesis and investigation of the properties of enzyme-free microsensors based on iridium-containing materials

Abstract

Объём магистерской диссертации составляет 57 страниц, на которых размещены 30 рисунков и 5 таблиц. В рамках данной работы мы использовали метод лазерно-индуцированного осаждения металлов из раствора (ЛОМР). В результате такого лазерного синтеза образуются микроосадки, которые можно применять в качестве бесферментных электрохимических микроэлектродов. Таким образом, нами были получены иридиевые (Ir), иридиево-золотые (Ir-Au), иридиево-платиновые (Ir-Pt) и иридиево-золото-платиновые (Ir-Au-Pt) микроосадки на поверхности стекла и стеклокерамики под воздействием лазерного излучения на длине волны 532 нм. Были изучена электрохимическая активность полученных иридийсодержащих микроэлектродов по отношению к бесферментному определению D-глюкозы методами циклической вольтамперометрии (ЦВА) и прямой амперометрии. Целью данной работы является синтез и изучение сенсорных свойств иридийсодержащих материалов. В результате электрохимических исследований была выявлена высокая сенсорная активность иридиево-золото-платиновых (Ir-Au-Pt) микроструктур. Максимальная чувствительность данного материала по отношению к бесферментному определению D-глюкозы составляет 9959 мкА/мМ см2. Линейный диапазон определения концентрации D-глюкозы находится между 0,5 и 1000 мкМ. Также для Ir-Au-Pt был посчитан предел обнаружения (LOD), который равен 0,12 мкМ. Амперометрический анализ показал хорошую селективность Ir-Au-Pt по отношению к D-глюкозе в присутствие ряда мешающих веществ (H2O2, аскорбиновая кислота (АА), 4- ацетамидофенол (AP) и мочевая кислота (UA)). Микроэлектроды, синтезированные методом ЛОМР в рамках данной работы, являются перспективными для дизайна и последующего производства недорогих и эффективных портативных микросенсорных устройств для экспрессного лабораторного и домашнего биохимического анализа крови человека.

The volume of the master's thesis is 57 pages, which contains 30 figures and 5 tables. In this work, we used the method of laser-induced chemical liquid-phase metal deposition (LCLD) in order to synthesize composite metal microstructures, which can be applied as microelectrodes for non-enzymatic sensing. Thus, using this approach, we produced iridium (Ir), iridium-gold (Ir-Au), iridium-platinum (Ir-Pt) and iridium-gold-platinum (Ir-Au-Pt) microelectrodes on the surface of glass and glass ceramics upon laser irradiation at 532 nm. The electrochemical activity of the resulting iridium-containing microelectrodes with respect to enzyme-free detection of D-glucose was studied using cyclic voltammetry (CV) and direct amperometry. The aim of this work is synthesis and investigation of the sensor properties of iridium-containing materials. According to voltammetric studies, iridium-gold-platinum (Ir-Au-Pt) microstructures reveal high electrochemical activity. The maximum sensitivity of this material towards non-enzymatic glucose determination is 9959 μA/mM cm2. The linear range of the concentration for D-glucose sensing is 0.5-1000 μM. Limit of detection (LOD) for Ir-Au-Pt microelectrode equals to 0.12 μM. Amperometric analysis showed good selectivity of Ir-Au-Pt to D-glucose in the presence of a number of interfering substances (H2O2, ascorbic acid (AA), 4-acetamidophenol (AP) and uric acid (UA)). Within the framework of this project, the microelectrodes synthesized using LCLD are very promising in the design and subsequent production of inexpensive and effective portable microsensors suitable for rapid laboratory and home biochemical analysis of human blood.