Модификация твердых электродов методом электрохимического синтеза молекулярного биоимпринтного полимера (MBIP)

Проект Министерства образования и науки Республики Казахстан
ИРН: AP14972840

Актуальность проекта: Метод молекулярного импринтинга является простым и эффективным методом молекулярного распознавания. Молекулярно импринтированные полимеры (MIP) являются многообещающими кандидатами в области химических и электрохимических сенсоров благодаря образованию искуственных рецепторов, предназначенных для определения целевых аналитов. Помимо высокой селективности, MIP имеют высокую эффективность, стабильность и стойкость к агрессивным химическим средам. Однако, MIP не обладают проводимостью, что явно ухудшает электрохимические характеристики чувствительного материала. Для решения этих проблем, импринтированные полимеры комбинируются с биомолекулами, антителами, наночастицами металла и оксидов металла, также с графеном и производными графена.

Наиболее часто используемыми методами синтеза являются такие методы как, полимеризация в массе, эмульсионная, суспензионная полимеризация и полимеризация осаждения. Но использование этих методов ограничено образованием слабых взаимодействии между шаблоном и мономером, присутствием остатков поверхностно-активных веществ и неоднородностью синтезированных пленок. Чтобы устранить эти проблемы используют электрохимический метод синтеза, который дает возможность получить тонкий слой MIPs в тесном контакте с поверхностью электрода. Это позволяет ускорить процессы экстракции и повторного связывания.

В этой работе для тестирования чувствительного материала был выбран один из новых загрязняющих веществ – диклофенак. В литературе имеется мало исследований о подготовке чувствительных слоев для селективного распознавания и электрохимического обнаружения диклофенака с использованием технологии молекулярного импринтинга. Таким образом, в данном проекте предполагается проведение фундаментальных исследований по оптимизации процесса электрохимического синтеза на поверхности твердых электродов гибридного материала на основе молекулярно-импринтного полимера (MIP) в сочетании с ДНК и нановключениями металла/оксида металла, что поможет получить селективный чувствительный материал к DCF.

Цель проекта: Получение новых материалов на основе молекулярного биоимпринтного полимера электрохимическим методом. 

Задачи проекта

1. Электрохимический синтез полимер-металлоксидного нанокомпозита на твердых подложках.

2. Электросинтез MBIP на поверхности твердых элекродов и исследование его электрохимических свойств

3. Оптимизация процесса электроосаждения молекулярного биоимпринтного полимера основываясь на исследованиях электрохимических и морфологических свойств гибридного материала 

Основные члены проекта

Рахымбай Гүлмира Сапарқызы

ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-8814-9752 PhD, и.о. доценат, Казахский национальный университет им. аль-Фараби, г. Алматы;

Флоранс Вакандио (Vacandio Florence)

ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-7814-363X PhD, ассоциированного профессор, научный центр MADIREL университета Экс-Марсель, Марсель, Франция 

Используемые методы

Процедура получения MBIP состоит из электроосаждения мономеров с нанодобавками в присутствии ДНК и шаблон-молекулы и извлечение шаблон-молекулы из полученной полимерной матрицы, создовая пленку, заполненную дополнительными полостями по форме и размеру молекулы шаблона. Синтез MBIP на поверхности электрода будет получен методом электрополимеризации, который позволяет управлять толщиной и достичь упорядочности наноструктурированной пленки. Захваченная молекула-шаблон извлекается экстракцией растворителем.

Комплексный подход, необходимый для достижения поставленной цели и решения задач при реализации проекта будет осуществлен современными физико-химическими методами исследования. Применение электрохимических и оптических методов позволят выявить оптимальные условия процесса синтеза и определить их механизм, а также изучить морфологические, структурные свойства полученного материала.

Циклическая вольтамперометрия является методом позволяющим изучать процессы, протекающие на границе раздела фаз, который основана на измерении зависимости тока от потенциала, изменяющегося во времени по линейному закону. Также с помощью этого метода можно обнаружить реакционноспособные промежуточные и конечные продукты химических превращений. Синтез MBIP и изучения его электрохимических свойств будет проводится методом циклической вольтамперометрии.

Дифференциальное импульсная вольтамперометрия – точный, высокочувствительный, селективный метод, который используется для обнаружения электроактивных аналитов малых концентрациях. По сравнению с масс-спектроскопией и высокоэффективной жидкостной хроматографией этот метод  является недорогим.

С помощью электрохимической импедансной спектроскопии будет изучен электрохимические характеристики синтезированных материалов, а также способность переноса заряда различных электродов. Этот метод может предоставить информацию об изменениях сопративления поверхности электрода.

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) – метод, позволяющий получить информацию о фазовой состоянии и рельефе с высоким разрешением. Для получения информации о элементном составе материала используется энергодисперсионный рентгеноспектральный анализ.

Рентгено-дифракционный анализ (XRD) – эффективный способ определения химического состава и физических свойств материалов, расположения атомов в пористых осадках, а также кристаллографической структуры. 

Ожидаемые результаты

Будет синтезированы   полимер-металлоксидные нанокомпозиты на твердых электродах электрохимическим методом.

Будет проведен электрополимеризация MBIP и изучено его электрохимические свойства. 

Будут определены оптимальные условия получения гибридного материала на основе MBIP с требуемыми сенсорными, морфологическими и электрохимическими свойствами основываясь на результатах физико-химических исследований.    

Потенциальным пользователям проекта: Основными потребителями наших разработок являются: военная промышленность, электроника, авиация, для бытовых нужд.