Разработка методов и устройств для измерения концентрации фенилаланина в водных растворах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Никитская, Людмила Михайловна

• Никитская, Людмила Михайловна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Никитская, Людмила Михайловна

Условные обозначения и аббревиатуры.

Введение.

1 Обзор методов и устройств определения аминокислот.

1.1 Классификация аминокислот.

1.2 Номенклатура аминокислот.

1.3 Стереоизомерия аминокислот.

1.4 Физические свойства аминокислот.

1.5 Основные методы определения.

1.6 Биологическая активность аминокислот.

1.6.1 Фенилаланин и его роль в организме человека.

1.6.2 Методы анализа аминокислот в медицине и фармации.

1.7 Метод Ленгмюра-Блоджетт как технология производства сорбентов-модификаторов датчиков.

2 Объекты исследования, аппаратура и техника экспериментального измерения фенилаланина в водных растворах.

2.1 Исходные вещества и реагенты.

2.1.1 Схема пьезорезонансного устройства.

2.2 Установка для исследования работы пьезокварцевого резонатора в жидкости.

3 Исследование влияния природы и структуры поверхностных полимерных нанослоев на характеристики аналитического определения фенилаланина.

3.1 Модификация датчиков.

3.2 Получение полимера с молекулярными отпечатками фенилаланина на основе коллоксилина.

3.3 Получение полимера с молекулярными отпечатками фенилаланина на основе полиамидокислоты.

3.4 Взаимодействие капли жидкости с подложкой.

3.5 Растрескивание высохшей пленки на фрагменты.

3.6 Морфология поверхности пленок сорбентов-модификаторов.

3.7 ИК-спектры пленок сорбентов-модификаторов.

3.8 Применение метода Ленгмюра-Блоджетт для формирования наноструктурированных полимерных покрытий пьезорезонансных датчиков.

4. Метод определения количественного содержания фенилаланина в водных растворах потенциометрическим датчиком.

4.1 Потенциометрические датчики.

4.2 Измерительные операции потенциометрического метода определения фенилаланина в водных растворах и крови человека.

5 Разработка метода и устройства на основе пьезокварцевого резонатора для определения фенилаланина на примере водных растворов, крови человека.

5.1 Измерительные операции пьезорезонансного метода определения фенилаланина в водных растворах и крови человека.

5.2 Оценка погрешностей экспериментального определения содержания фенилаланина в водных растворах и крови человека.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов и устройств для измерения концентрации фенилаланина в водных растворах»

Проблема установления химического состава различных биообъектов решается различными методами, но в последнее время, наблюдается стремительный рост так называемых полевых аналитических технологий. Они предполагают все более возрастающее использование в аналитических процедурах химических сенсоров, биосенсоров и тест - методов. Данная тенденция связана с необходимостью приблизить источник получения информации о составе среды непосредственно к месту события, по возможности сделать его индивидуальным и экономичным, с минимальными затратами времени.

Создание таких устройств предполагает использование микро- и наноэлектронных технологий, современных достижений в области получения и применения нанопленок полимеров и биополимеров с молекулярными отпечатками для мониторинга объектов природной среды в состоянии in situ. Это особенно важно на стадиях ранней диагностики фенилкетонурии, когда необходимо в первые дни жизни новорожденных определять концентрацию фенилаланина в крови. С этой целью используют микробиологические, флюорометрические, хроматографические методы в биохимических лабораториях. Однако, эти методы не отличаются экспрессностью и проведение исследований, направленных на создание экспрессных и селективных методов определения фенилаланина в водных растворах, крови человека актуально с научной и практической точки зрения.

Для автоматизированного, селективного определения необходима разработка электродов с покрытиями, позволяющими выделять из многокомпонентной смеси веществ с близкими свойствами, фенилаланин, измерять концентрации на основе специальных аналитических устройств.

Цель исследования - обоснование и разработка методов и устройств на основе пьезокварцевого резонатора и потенциометрического датчика для определения фенилаланина в водных растворах и крови человека, обеспечивающих повышение селективности и оперативности контроля.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать и исследовать новый, более эффективный метод определения фенилаланина в водных растворах и крови человека, обеспечивающий повышение селективности и экспрессности в сравнении с используемыми;

- разработать и изготовить измерительное устройство для определения фенилаланина в водных растворах и крови человека;

- исследовать и выбрать способ формирования высокочувствительного покрытия пьезо- и потенциометрического датчиков, обеспечивающий возможность измерения в многокомпонентных смесях и обеспечить возможность использования в разработанных методах определения фенилаланина в водных растворах и крови человека;

- обосновать методы измерений для определения фенилаланина в водных растворах и крови человека потенциометрическим методом и с применением пьезокварцевых датчиков;

- осуществить экспериментальную проверку результатов работы и внедрить их в лабораторную диагностику;

- провести анализ погрешностей определения искомой концентрации фенилаланина.

Научная новизна:

1. Разработаны два метода количественного определения фенилаланина в водных растворах и крови человека с применением либо пьзокварцевого датчика, либо потенциометрического электрода, отличающиеся тем, что готовят полимер с молекулярными отпечатками фенилаланина, этим полимером модифицируют (покрывают) поверхность удаляют фенилаланин из полимерного покрытия путем помещения на 24 часа в дистиллированную воду.

2. Определены два вида полимерных покрытий с молекулярными отпечатками фенилаланина, образующие селективные детектирующие поверхности и обеспечивающие работоспособность датчика в течение 10-30 циклов измерений.

Практическая значимость;

На основе разработанных методов спроектированы и созданы два типа измерительных устройств для селективного экспрессного количественного определения фенилаланина в водных растворах и крови человека.

Результаты выполненных в работе исследований, посвященные определению концентрации фенилаланина в водных растворах и крови человека с использованием пьезокварцевых и потенциометрических измерений, внедрены в лабораторную практику и учебный процесс на лечебном факультете ГБОУ ВПО «Воронежская государственная медицинская академия имени H.H. Бурденко».

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на III Всероссийской конференции с международным участием. Аналитика России (Краснодар, 2009), I Международной школе-конференции по краун-соединениям, порфиринам и фталоцианинам (Туапсе, 2009), 7 Всероссийской конференции-школе «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении (индустрия наносистем и материалы) (Воронеж, 2009), Всероссийской конференция с элементами научной школы для молодежи. «Проведение научных исследований в области наноиндустрии наноссистем и материалов» (Белгород. 2009), Всероссийской конференции «Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций» (Воронеж, 2010, 2011), Всероссийской с международным участием научно-методической конференции «Пути и физиологически активных веществ» (Воронеж, 2010),открытой научно-практической конференции «Актуальные проблемы деятельности подразделений уголовно-исполнительной системы» (Воронеж, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ: 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 10 тезисов Всероссийских и международных конференций, 2 патента.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 130 страницах, включая введение, 5 глав, выводы, список литературы (122 источника), 4 приложения. Работа содержит 37 рисунков, 18 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Никитская, Людмила Михайловна

Заключение

1. Разработаны устройства для определения фенилаланина в водных растворах и крови человека на основе пьезорезонатора и потенциометрического датчиков, электроды которых модифицированы полимером с молекулярными отпечатками фенилаланина.

2. Разработан новый экспресс-метод количественного определения фенилаланина в водных растворах и крови человека, основанный на регистрации изменения частотного сигнала резонансной частоты пьезодатчика, от массы вещества на поверхности, модифицированной полимером с молекулярными отпечатками фенилаланина.

3. Разработан новый метод количественного определения фенилаланина в водных растворах и крови человека, основанный на регистрации изменения потенциала электрода, модифицированного полимером с молекулярными отпечатками фенилаланина;

4. Исследован и выбран способ формирования высокочувствительного покрытия пьезо- и потенциометрического датчиков, обеспечивающий возможность измерения в многокомпонентных смесях, обеспечивающий возможность использования в разработанных методах определения фенилаланина в водных средах и крови человека;

5. Проведены экспериментальные исследования разработанных методов определения фенилаланина в водных растворах и крови человека. Результаты эксперимента показали корректность и эффективность разработанных методов.