Багатошаровий оптичний перетворювач на основі ефекту поверхневого плазмонного резонансу в тонкій плівці золота

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вивчення та використання явища резонансного збудження поверхневих електромагнітних хвиль або поверхневих поляритонів на межі поділу середовищ складає невід'ємну частину фізики поверхні. Спектроскопія поверхневих поляритонів дозволяє досліджувати властивості поверхонь твердих тіл з одношаровими і багатошаровими покриттями за умови сумірності товщини шарів з довжиною хвилі оптичного випромінювання, а також наближених до поверхні областей у різноманітних середовищах, що дає можливість створювати прикладні пристрої твердотільної оптоелектроніки, інтегральної оптики та електроніки.

За останнє десятиліття метод поверхневого плазмонного резонансу (ППР) знайшов нове застосування в зв'язку з інтенсивним розвитком досліджень в області створення біохімічних сенсорів (БХС), тобто аналітичних систем, що містять власне чутливий біохімічний шар, і сполучений з ним фізичний перетворювач. Підвищену увагу до БХС пов'язано з життєво важливою проблемою - необхідністю поліпшити якість життя, що неухильно знижується в зв'язку з глобальним погіршенням екологічних умов, широким поширенням пестицидів і токсикантів. Іншою важливою обставиною, що потребує розробки чутливих оптичних БХС, є потреби технології в сільському господарстві, фармацевтичній, харчовій та інших галузях промисловості.

Принцип роботи таких сенсорів полягає в реєстрації резонансної кривої поглинання світла тонкою металевою плівкою при зміні тангенціальної складової хвильового вектору падаючого світлового променя k_x = 2?n_Dsin?/?? На поверхні металевої плівки створюється тонкий шар чутливого матеріалу (система біомолекул-рецепторів або їх синтетичних аналогів), що специфічно взаємодіє з молекулами в оточуючому середовищі. При наявності у ньому молекул-аналітів відбувається їх зв'язування з молекулами чутливого шару, що призводить до зміни k_x і фіксується приладом у вигляді вихідного сигналу перетворювача (в даному випадку у вигляді зміщення положення резонансного мінімуму _ППР в кутових секундах). У такий спосіб можна виявити в пробі наявність антитіл до токсинів, вірусів і бактерій, проконтролювати якість їжі або фармацевтичної сировини.

Процедура іммобілізації чутливого матеріалу є істотним моментом для одержання достовірних результатів досліджень і ефективної роботи ППР перетворювача. З одного боку, закріплення рецепторів не повинно призводити до небажаних структурних змін на металевій поверхні перетворювача. З іншого боку - забезпечувати упорядковане орієнтоване розташування молекул-рецепторів у своєму природному, недеформованому взаємодією з металом стані, оскільки саме від цього залежить можливість і швидкість молекулярного зв'язування, а також амплітуда відгуку перетворювача. Використання ефекту ППР уже призвело до створення чутливих і швидкодіючих фірмових приладів (Biacore, Pharmacia Biosensor, Affinity Sensors) для контролю взаємодій біологічних молекул, зокрема імунних і генних рекцій. Особливою перевагою тут є економічність і швидкодія, а також можливість безпосереднього спостереження кинетики реакції, чого не можуть забезпечити традиційні аналітичні методи (наприклад, імуноферментний аналіз або афінна хроматографія). Проте потенціал ефекту ППР в області створення надчутливих біосенсорів далеко не вичерпаний. Це пов'язано насамперед із недостатнім дослідженням таких важливих обставин, як: вплив топографічних і морфологічних характеристик золотих плівок на відтворюваність і форму резонансної кривої перетворюючого елемента, істотність шорсткості поверхні металевих плівок та захисних покриттів на них, засобів іммобілізації органічних молекул. Необхідно знайти адекватну модель і фізичні параметри проміжних шарів між металом і чутливим молекулярним шаром для можливості моделювання таких параметрів приладу, як його чутливість, стабільність і швидкодія. Рішення зазначених фізичних задач дозволить обгрунтовано оптимізувати технологічні підходи і технічні прийоми при розробці оптичних ППР біосенсорів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Подана в дисертації робота була виконана в Інституті фізики напівпровідників НАН України з 1996 по 2000 роки в рамках бюджетної теми “Дослідження механізмів структурної і компонентной модифікації матеріалів під дією зовнішніх чинників і створення низькотемпературних технологій, приладів та пристроїв оптоелектроніки”, 1995-1999 рр. (Постанова Бюро ВФА АН України № 9 від 20.12.1994 р., номер держ. реєстрації 0195U010991) і державної комплексної науково-технічної програми “Розробка технологій і організація виробництва напівпровідникових мікросенсорів, електронних приладів і систем на їх основі для екологічного моніторингу і енергозбереження”, 1996-2001 рр. (Доручення Кабінету Міністрів України від 16.05.96 № 9918/97, номер держ. реєстрації 0197U008668).

Метою дисертаційної роботи є встановлення взаємозв'язку між оптичними і структурними параметрами багатошарових ППР перетворювачів на основі тонкоплівкового золотого покриття; розробка фізичних моделей і практичних рекомендацій для оптимізації характеристик оптичних біосенсорів.

Реалізація поставленої мети вимагала вирішення таких задач:

Вивчити морфологічні особливості і механізм реконструкції мікрорельєфу поверхні тонкоплівкових структур Cr-Au, використовуваних у ППР перетворювачах і підданих низькотемпературному відпалу.

Дослідити вплив поверхневої шорсткості підкладки, наявності шару хрому і варіювання температури відпалу на ефективні оптичні параметри тонкоплівкового золотого покриття.

Встановити механізм впливу температурного відпалу плівок золота на чутливість і стабільність ППР перетворювача.

Вивчити вплив механізму формування моношарів тіолату і сульфіду золота на стабілізацію відгуку ППР перетворювача. Дослідити можливість детектування низькомолекулярних сполук за рахунок формування самоорганізованої матриці з сіркувміщуючих молекул (меркаптанів) різноманітної довжини на золотій поверхні ППР перетворювача.

Продемонструвати особливості формування молекулярного шару білку на золотій поверхні ППР перетворювача на прикладі модельних білків: фібриногену та його фрагментів, міоглобіну, різноманітних типів імуноглобулінів.

Розробити методику підвищення чутливості ППР перетворювача на основі застосування додаткових неорганічних шарів, що орієнтують молекули чутливого шару.

Об'єктом дослідження є перетворювач, що працює на явищі оптичного резонансного збудження поверхневої електромагнітної хвилі в тонкоплівковій структурі Cr-Au-молекулярна плівка при повному внутрішньому відбиванні.

Предмет дослідження - характеристики ППР перетворювача при різноманітній температурі відпалу золотого покриття; у результаті формування на його поверхні шарів: тіолату золота, сульфіду золота, амінопентацианоферрату міді, матриці з молекул меркаптанів різноманітної довжини; а також у результаті взаємодії золотої поверхні перетворювача з білками у буферних водних розчинах і сироватці крові: фібриногеном і міоглобіном.

Застосовано такі методи дослідження, як: кутова спектроскопія ППР у повітряному та рідкому середовищах, атомно-силова мікроскопія (АСМ), дифракція рентгенівського випромінювання, спектральні вимірювання пропускання/відбивання при різноманітних кутах падіння, вимірювання пружного розсіювання світла, еліпсометрія, рефрактометрія, вимірювання контактного кута змочування водою.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

З'ясовано, що температурний відпал при 120С приводить до сгладжування дрібномасштабного рельєфу поверхні плівок золота. Це є визначальним для одержання оптимальних параметрів резонансної кривої і формування бездефектних нанорозмірних шарів, що захищають золоту поверхню ППР перетворювача і стабілізують його параметри.

Показано, що чутливість ППР перетворювача може бути збільшена за допомогою зменшення ефективного коефіцієнта екстинкції металевої плівки при збільшенні температури відпалу.

Вивчено механізм реакційного відпалу поверхні полікристалічного золота в атмосфері сірководню. Показано, що при тривалості обробки більше 15 годин відбувається формування щільного моношару сульфіду золота, яке супроводжується сгладжуванням поверхні.

Розроблено методику керування селективністю поверхні ППР перетворювача з використанням самоорганізованої матричної системи золото/меркаптани різної довжини. Показано, що механізм, який забезпечує селективність взаємодії, полягає у створенні відбитків молекул-аналітів у поверхневому органічному шарі, і це дозволяє, наприклад, реєструвати барбітурову кислоту на фоні її хімічних аналогів.

Запропоновано підхід для формування орієнтованих та щільних шарів біомолекул на поверхні ППР перетворювача шляхом використання неорганічної плівки амінопентацианоферрату міді, яка містить на поверхні шар активованих аміногруп, що призводить до істотного збільшення відгуку ППР біосенсору.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:

Обгрунтовано застосування температурного відпалу золотих плівок при 120С в якості технологічного прийому, що забезпечує оптимальні робочі характеристики та високу чутливість ППР перетворювача, а також бездефектне формування нанорозмірних органічних шарів (алкантіолів), відповідальних за стабілізацію і пасивацію золотої поверхні.

Запропоновано засіб модифікації золотої поверхні шаром сульфіду золота, що дозволив істотно підвищити стабільність характеристик ППР перетворювача, а також створити межу поділу з меншою поверхневою шорсткістю та недеструктивними властивостями стосовно активних біологічних молекул, що забезпечує кращі умови сполучення біологічного матеріалу з поверхнею золота.

Розроблено оригінальний метод модифікації поверхні перетворювача для молекулярного розпізнавання невеликих молекул (барбітурова кислота) за рахунок створення самоорганізованої матриці меркаптанів різної довжини. Результат становить інтерес для фармацевтичної промисловості.

Показано можливість створення сенсору міоглобіну на основі оптичного ППР перетворювача, що може бути використане при діагностиці інфаркту міокарда.

Розроблено засіб орієнтованого та щільного закріплення активних молекул імуноглобулінів на чутливій поверхні ППР перетворювача за допомогою проміжного неорганічного шару (амінопентацианоферрату міді), придатний для комерційного застосування.

Особистий внесок здобувача полягає у створенні технологічних пристроїв для проведення процесів над багатошаровими ППР структурами, виконанні експериментів і оформленні результатів. На основі сучасного програмного забезпечення було проведене чисельне опрацювання результатів і моделювання властивостей об'єктів. Постановку задачі та інтепретацію результатів проведено у творчому співробітництві зі співавторами наукових праць (Інститут фізики напівпровідників НАНУ, Інститут біохімії НАНУ, Інститут фізичної хімії НАНУ, Інститут молекулярної біології і генетики НАНУ).

Апробація результатів роботи. Матеріали дисертаційної роботи були представлені на багатьох міжнародних наукових конференціях, зокрема: 6th European Conference on Organized Films (Sheffield, UK, 1996); 11th European Conference on Solid-State Transducers (Warsaw, Poland, 1997); 7th European Conference on Thin Organized Films (Potsdam, Germany, 1998); Opto-Contact: Workshop on Technology Transfers, Start-Up Opportunities, and Strategic Alliances (Quebec, Canada, 1998); 4th International Conference Optical Diagnostics of Materials and Devices for Opto-, Micro- and Quantum Electronics (Kiev, Ukraine, 1999); 8th International Meeting on Chemical Sensors (Basel, Switzerland, 2000).

Публікації. У дисертаційній роботі узагальнено наукові результати, опубліковані в 15 роботах, у тому числі: 6 статей у міжнародних журналах, 3 - в матеріалах міжнародних конференцій та 2 патента на винаходи (Україна).

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновків і списку використаної літератури, що містить 171 найменування робіт. Роботу викладено на 143 сторінках машинописного тексту, який включае 34 рисунка і 5 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, визначено наукову новизну і практичну цінність отриманих результатів, подано інформацію про апробацію роботи і публікації автора, а також коротко викладено зміст дисертації по розділах.

Перший розділ містить огляд літературних даних, присвячених питанням оптимізації перетворювача на основі ефекту поверхневого плазмонного резонансу в тонкій плівці металу для біосенсорного використання, що стосуються: 1) фізичних властивостей металевих покриттів на діелектричній підкладці, сформованих різними технологічними методами; 2) технологічних прийомів формування тонкошарових покриттів (органічних і неорганічних) на металевій поверхні для її захисту і стабілізації характеристик ППР перетворювача; 3) аналізу умов, необхідних для проведення реакцій взаємодії органічних (у тому числі біологічних) молекул на металевій поверхні ППР перетворювача.

Рис.1. Багатошаровий перетворювач на основі ефекту ППР в тонкій плівці золота

В другому розділі розглянуто експериментальні методи дослідження структурних і оптичних характеристик багатошарового ППР перетворювача на основі тонкої плівки золота (рис.1). Зокрема, описано методику резонансного збудження поверхневої електромагнітної хвилі в тонкій плівці металу при повному внутрішньому відбиванні (схема Кречмана) і дослідження кутової залежності коефіцієнта відбивання R() при фіксованій довжині хвилі збуджуючого світла (632,8 нм) для вив-

xення властивостей багатокомпонентної межі поділу, а також використання методики для побудови біохімічних адсорбційних сенсорів. Детектування маси речовини, адсорбованої на робочу поверхню такого сенсору, засновано на вимірюваннях зміни величини резонансного кута у часі. Отримано робочу формулу для розрахунку поверхневої концентрації Г(нг/мм²) адсорбованих із буферного розчину (N_B=1,337+0i - комплексний показник заломлення буферного розчину) молекул білку в залежності від вимірюваного зміщення резонансного кута (_ППР) для перетворювача, що містить скляну призму (N_P=1,515+0i) і плівку золота (N_Au=0,16+3,37i) товщиною 45 нм.

У третьому розділі проведено дослідження морфологічних і топографічних особливостей золотих плівок (товщина 45 нм), що складають основу перетворюючого елементу при зміні температури відпалу (80300С) у повітрі протягом 30 хвилин, з метою з'ясування фізичних механізмів підвищення чутливості і стабільності ППР перетворювача. Тонкоплівкові структури Cr-Au одержували методом термічного випаровування у вакуумі без підігріву підкладки (кварц) при швидкості напилення 45 нм/с.

Кристалічну структуру отриманих зразків досліджували методом дифракції рентгенівського випромінювання, а дані про зміну поверхневого мікрорельефу отримано на основі комплексного аналізу характеристик АСМ зображень золотих поверхонь.

Так, за допомогою програмного забезпечення приладу NANOSCOPE-IIIa були побудовані гістограмми розподілу по розміру зерна у площині підкладки, визначена середньоквадратична шорсткість (СШ) поверхні і розраховані функції спектральной щільності потужності (СЩП), які характеризують статистично усереднені особливості досліджуваних шорсткуватих поверхонь у вертикальному та горізонтальному напрямках. Проте, при дослідженні фізико-хімічних процесів, що відбуваються на робочій поверхні ППР перетворювача, істотно важливою є інформація про її локальну структуру. Тому, за спеціальними програмами були розраховані функції розподілу по висоті для різних температур відпалу і проаналізовані в порівнянні з невідпаленими зразками. На основі опису шорсткуватої поверхні за допомогою математичного поняття мультифрактала проведена кількісна оцінка розмаїтості поверхневих структур, яка характеризується розкидом значень фрактальної розмірності в залежності від висоти.

У такий спосіб було встановлено, що досліджувані полікристалічні плівки золота мають переважну орієнтацію кристалітів у напрямку 011; крім того, вони містять квазіаморфну фазу з розміром зерна порядку 0,51 нм. Максимальна варіація рельєфу поверхні складає в середньому 2,5 нм, а розміри зерна у площині підкладки знаходяться у діапазоні 20200 нм.

Комплексний аналіз АСМ зображень дав можливість описати процес реконструкції поверхневого мікрорельєфу під дією низькотемпературного відпалу, що починається при температурі 80С з плавлення виступів малого розміру, розташованих у поглибленнях поверхневого рельєфу, і викликає істотне збільшення СШ і СЩП. Для температури відпалу 120С характерним є сгладжування всієї поверхні кристалітів і істотне зменшення дрібномасштабної шорсткості поверхні. Збільшення температури відпалу до 150С викликає перетворення вершин кристалітів, що свідчить про початок фазового переходу, який при подальшому підвищенні температури до 200С, призводить до сгладжування вершин кристалітів і збільшення їх розміру.

У четвертому розділі проведено фізичний аналіз впливу технологічних чинників, що суттєві при виготовленні перетворювача (матеріалу підкладки та її шорсткості, наявності проміжного адгезивного шару, режимів температурного відпалу) на робочу характеристику перетворювача - резонансну ППР криву, її тривалу стабільність, а також виміряні оптичні константи золотого покриття.

Встановлено, що використання кварцових підкладок (n = 1,46; СШ = 1,1 нм) у порівнянні зі скляними (n = 1,51; СШ = 2 нм) дає більш оптимальну резонансну ППР криву, тобто зменшує значення мінімального відбивання R_min (на 0,033 відн.од.) і кутову напівширину R ( на 0,41). Застосування шару хрому не впливає на резонансну криву в області мінімуму, а призводить лише до росту R (на 0,5) і зменшує розмір відбитого сигналу на “плечах” ППР кривої. У рамках одношарової і двошарової моделей методом підгонки теоретичних кривих до експериментальних розраховано величини комплексних показників заломлення для плівки золота (N_Au) і плівки золота з підшаром хрому (N_Cr+Au). Показано, що для кількісної оцінки вимірів кінетики адсорбції одношарова модель дає достатньо гарний збіг розрахункової та вимірюваної ППР кривих. Для золотої плівки отримано N_Au = 0,162 + 3,383i, а для випадку двошарового покриття хром-золото ефективне значення комплексного показника заломлення складає N_Cr+Au = 0,167 + 3,429i.

Резонансні криві для золотих покриттів, відпалених у температурному діапазоні 80120С, характеризуються відносно постійним значенням резонансного кута _ППР з переходом до зростання при температурі вище 150С. При цьому величини і - мінімальні, а інтенсивність відбивання на “плечах” резонансної ППР кривої - максимальна для зразків відпалених при 120С, що забезпечує найкращі експлуатаційні характеристики ППР перетворювачів на їх основі з погляду оптимальної форми резонансної кривої. Мінімальним у цьому випадку є і значення інтегрального розсіювання світла, отримане в умовах збудження ППР, що є додатковим свідченням оптимальності обраної температури відпалу, оскільки мінімальними є випромінювальні втрати енергії при збудженні поверхневих плазмон-поляритонів для плівок, у яких відсутня дрібномасштабна шорсткість поверхні.

Проведено комп'ютерне моделювання впливу адсорбції біомолекул на зміщення резонансного кута _ППР при різноманітних значеннях оптичних постійних золотої плівки. Адсорбція шару біомолекул описувалася як

утворення додаткового діелектричного шару фіксованої товщини (10 нм) із показником заломлення 1,5. Виявилося, що найбільш сильно на чутливість перетворювача до адсорбції біомолекул впливає коефіцієнт екстинкції металевої плівки (рис.3), у той час як коефіцієнт заломлення практично не впливає. Тому особлива увага приділялась пошуку шляхів одержання плівок металу з найменшим коефіцієнтом екстинкції.

Оптичні константи плівок золота при різній температурі відпалу були отримані (1) підгонкою вимірів кутових залежностей ППР і (2) спектральних вимірів пропускання/відбивання при різних кутах падіння світла. Було показано, що зі збільшенням температури зменшується коефіцієнт екстинкції золотої плівки (рис.4.). Отже, застосування процедури температурного відпалу сприяє підвищенню чутливості ППР перетворювача. Оскільки екстинкція світла в металах визначається в основному електронною провідністю, природно припустити, що зазначені обробки призводять швидше за все до зменшення розсіювання електронів як в об'ємі, так і на поверхні плівки.

Найважливішою характеристикою досліджуваного перетворювача є стабільність у часі. У даній роботі під стабільністю ми розуміємо незмінність у часі основного параметра - кутового положення мінімуму резонансної кривої _ППР. На підставі результатів дослідження тривалої стабільності резонансних кривих ППР у повітрі встановлено, що процедура низькотемпературного відпалу термовакуумних плівок золота не приводить до стабілізації їх характеристик і потребує додаткових заходів для захисту робочої поверхні і стабілізації параметрів перетворювача.

У п'ятому розділі розглянуто методи стабілізації _ППР, зокрема, створення додаткових надтонких шарів на поверхні металу. Досліджено особливості формування і властивості моношарових плівок сіркувміщуючих речовин органічного та неорганічного походження на золотій поверхні ППР перетворювача, для захисту поверхні, стабілізації властивостей металевої плівки та її адаптації до адсорбції біологічних молекул. Відомо, що атоми сірки мають виняткову спорідненість до золотої і срібної поверхні, отже така властивість може бути використана для створення поверхневих самоорганізованих молекулярних ансамблів з майже гексагональною упаковкою. Враховуючи результати вимірювань дрейфу резонансного кута з часом у воді показано, що утворення самоорганізованих ансамблів органічних молекул з аліфатичним вуглецевоводневим ланцюгом та кінцевим атомом сірки, - аліфатичих тіолів (додекантіол HS(CH2)₁₁CH₃), приводить до істотної стабілізації параметрів ППР перетворювача. Дрейф нульової лінії зменшується приблизно з 90 кут.сек/год до значення менше 10 кут.сек/год. Утворення органічного самоорганізованого шару тіолів на поверхні невідпалених золотих плівок відбувається неоднорідно - найбільш товсті ділянки коригують із заглибленнями шорсткуватої поверхні. Про це свідчить порівняльний аналіз кутової залежності розсіяного світла на вихідній та модифікованій поверхнях. Очевидно, упорядкованість молекулярного моношару тіолів у таких зразках є порушеною, що і є причиною нестабільності. Відпал при температурі біля 120С підвищує тривалу стабільність _ППР , що може бути пов'язане з формуванням бездефектного нанорозмірного органічного моношару на підкладках, у яких відсутній дрібномасштабний рельєф поверхні.

Інша ідея використання молекул меркаптанів полягає в створенні умов селективного зв'язування стосовно обраних молекул. У роботі запропонований і реалізований засіб формування матриці на поверхні ППР перетворювача для молекулярного розпізнавання не дуже великих молекул (барбітурова кислота - C₄H₄O₃N₂). Засіб полягає в застосуванні не однієї, а двох молекул меркаптанів різної довжини, одна з яких (тіобарбітурова кислота - C₄H₄O₂N₂S) є структурним аналогом ідентифікованої речовини і забезпечує формування ямок у матричному шарі, форма і розмір яких відповідають молекулі-аналіту. У цьому випадку, за допомогою методу спонтанної хемосорбції суміші з розчину, формується моношарова матриця з високим ступенем селективності зв'язування саме молекули барбітурової кислоти. Цей ефект демонструє рис. 5, де впевнено реєструється відгук на наявність барбітурової кислоти, тоді як адсорбція близького структурного аналога цієї речовини - вероналу (C₈H₁₂O₃N₂) не реєструється.

Размещено на http://www.allbest.ru/

22

Размещено на http://www.allbest.ru/

Успішне застосування меркаптанів для модифікації золотої поверхні спонукає до спроб використовувати інші, неорганічні сполуки сірки. З цією метою було досліджено вплив обробки поверхні золотої плівки в атмосфері сірководню на параметри ППР перетворювача. У результаті проведення АСМ досліджень, вимірювань ППР резонансних кривих і ППР кінетики специфічного зв'язування біологічних молекул (антитіло-антиген) встановлено, що реакційний відпал золотої поверхні перетворювача в насиченій парі H₂S більше 15 годин приводить до формування щільного моношару сульфіду золота, який проявляє недеструктивні властивості стосовно біологічних молекул, при цьому відбувається реконструкція золотої поверхні (сгладжування) і стабілізація характеристик перетворювача.

Шостий розділ присвячено можливостям практичного використання досліджуваного ППР перетворювача в біології і медицині. З цією метою проведено дослідження взаємодії вихідної і модифікованої золотої поверхні з білками крові: міоглобіном (м'язовий білок, відповідальний за перенесення кисню), фібриногеном (центральний білок системи згортання крові) та білками-антитілами (імуноглобулінами).

Зокрема, продемонстровано специфічність реєстрації міоглобіну людини у порівнянні з аналогічними молекулами різних тварин за допомогою закріплених на золотій поверхні молекул-антитіл. Показано можливість реєстрації міоглобіну в реальних зразках сироватки крові людини, де перешкоджуючий молекулярний фон набагато перевищує концентрацію міоглобіну. Це дає можливість діагностувати захворювання серця і становить інтерес для клінічної медицини.

Прикладом практичного використання ППР перетворювача в біології є дослідження механізму формування іммобілізаційного шару фібриногену на поверхні золотої плівки. Тут, для визначення орієнтації адсорбованої молекули фібриногену на поверхні, використаний метод моноклональних зондів, тобто молекул-антитіл, що взаємодіють винятково з окремими функціональними групами на молекулі фібриногену або, по-іншому, з різними його фрагментами (E і DD). За допомогою спектроскопії ППР виявилось реальним кількісно визначити число фрагментів молекули фібриногену, зорієнтованих до металу та в розчин. У сполученні з атомно-силовою мікроскопією було встановлено детальний механізм взаємодії великої витягнутої молекули фібриногену (розмір 45х6 нм) з поверхнею золота при різних концентраціях у розчині. Адсорбція починається з розгортання згорнутої у спіраль молекули фібриногену за рахунок взаємодії атомів сірки, що знаходяться у DD-фрагменті, з поверхнею золота. При збільшенні концентрації процес адсорбції ускладнюється, оскільки молекули починають взаємодіяти між собою. Показано утворення типових сполук із двох і трьох молекул фібриногену в результаті локальної самоорганізації. Формування суцільної, необоротньо пов'язаної з поверхнею, плівки фібриногену спостерігається при концентрації 73 мкг/мл. При цьому приблизно 50% поверхневих молекул фібриногену залишається у природному згорнутому стані і зберігає біологічну активність.

Запропоновано оригінальну методику упорядкованої організації чутливого молекулярного шару на поверхні ППР перетворювача за рахунок

формування моношару активованих аміногруп (NH₂). Відомо, що білки-антитіла (імуноглобуліни) орієнтовано зв'язуються з подібними групами. Ідея була реалізована за допомогою застосування додаткової неорганічної багатошарової плівки амінопентацианоферрату міді, що одержували методом пошарового осадження з водних розчинів за рахунок електростатичних сил (рис.6). Результат запропонованої модифікації золотої поверхні показано на рис.7, де відгук ППР перетворювача на наявність фібриногену в пробі зростає майже вдвічі в результаті орієнтованого закріплення антифібриногену.

ВИСНОВКИ