Первыми масс-сенсорами, превзошедшими массовый предел чувствительности 1 нг, стали кварцевые пьезорезонаторы, которые сделались общедоступными 40 лет назад и с тех пор заняли лидирующие позиции во многих областях науки и промышленности. Большинство исследователей при изучении адсорбционных свойств тонких пленок используют метод кварцевого микровзвешивания, с помощью которого определяют массу монослойной пленки молекул с точностью 10-11 г, близкой к теоретическому пределу [144]. Кварцевое микровзвешивание (КМВ) является резонансным методом, основанном на использовании масс чувствительных пьезорезонаторов – измерительных автогенераторных устройств, задача которых состоит в преобразовании приращения присоединенной массы в приращение выходной частоты. В пьезокристалле возбуждаются продольные акустические колебания на собственной частоте р f , На один из электродов, напыленных на резонатор, наносят изучаемый объект, после чего записывают изменение частоты, которое можно интерпретировать как изменение массы. При внесении в систему внешней массы ее частота изменяется и разность частот Δf до и после адсорбции служит полезным сигналом, позволяющим оценить присоединенную массу Δm с помощью уравнения Зауэрбрея [7]: где М – масса пьезокристалла, υ – скорость акустической волны в кристалле, m и ρ – масса и плотность покрытия, S – площадь поверхности резонатора. Более современные устройства, основанные на принципе поверхностных акустических волн (surface acustic waves, SAW) пьезокристалла, практически применяются в смежных областях с методом кварцевого микровзвешивания. Их отличие от сенсоров КМВ состоит в более сложной архитектуре возбуждающих электродов, позволяющих генерировать на в пезокристалле поверхностные ультравысокочастотные волны. Соответственно SAW-сенсоры обладают более высокой чувствительностью [146, 147] в сравнении с датчиками КМВ. Описанный метод распространен благодаря надежности, разработанности и незаменимости в некоторых случаях, но имеет и недостаток, который заключается в том, что интерпретация результатов (и соответственно применение метода ) возможна для структур с известным поверхностным распределением по толщине или же для пленок с постоянной толщиной, таких, как Ленгмюра-Блоджетт. Преимуществом пьезоэлектрических иммуносенсоров является возможность прямого контроля за иммунореакцией, поскольку в случае массивных антител или антигенов отпадает необходимость использования каких-либо меток или добавления дополнительных реагентов. Интересным представляется применение пьезокварцевых резонаторов для прямого определения кокаина [148], в котором конъюгат производных гаптена (кокаина) с помощью тиоловых соединений иммобилизировался на золотой поверхности электрода кварцевого резонатора. Определение производилось конкурентным методом с использованием поликлональных антител овцы. Пороговая чувствительность составила 34 нг/л (100пМ/л), а время анализа – 15 мин. Пьезоэлектрические иммуносенсоры вследствие прямого контроля взаимодействия антигенов с антителами предъявляют особенно строгие требования к специфичности антител, поскольку перекрестные реакции приводят к значительным искажениям результатов. Однако при учете неспецифического связывания погрешность определений с помощью пьезоэлектрических иммуносенсоров остается относительно малой – от 3-5 до 10-15%. Существующие ограничения не снижают интереса к разработке иммуносенсорных устройств и являются скорее стимулами для более интенсивной работы в этой области. Можно отметить, выбор того или иного вида иммуносенсоров практически полностью зависит от конкретной аналитической задачи. |
|
Связь понятий квантовых и классических колебательных систем Вернуться в оглавление: Физические явления |
5990
5704
