Изучение сорбции и возможности идентификации легколетучих биомолекул в смеси по сигналам пьезосенсоров «электронного носа» на микросорбентах

Аннотация

Быстрая диагностика имеет решающее значение для эффективного лечения любого заболевания. Биологические маркеры широко используются для диагностики различных инфекционных и неинфекционных заболеваний. Для обнаружения многих биомаркеров в последнее время стали часто использоваться сенсорные системы типа «электронный нос», принцип работы которых основан на измерении аналитического сигнала одновременно нескольких химических сенсоров при их взаимодействии с парами легколетучих веществ. Цель работы – оценка возможности идентификации некоторых летучих биомолекул – маркеров заболеваний в смеси без предварительного разделения при помощи массива 8-ми пьезосенсоров по результатам сорбции их на микросорбентах.

Основной метод исследования процессов адсорбции органических веществ и воды в газовой фазе на поверхности микрофаз наноматериалов различной природы – пьезокварцевое микровзвешивание. В качестве чувствительных слоев применяли нанесенные из суспензий в разных растворителях твердотельные и полимерные сорбенты разной массы (2-6 мкг): наноструктурированный биогидроксиапатит Ca₅(PO₄)₃OH (ГА), карбоксилированные многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ_COOH), нитрат оксида циркония ZrO(NO₃)₂·2H₂O (ЦР). Изучение адсорбции паров легколетучих органических соединений проводили в условиях фронтального поступления паров в открытую ячейку детектирования прибора. Объекты исследования – некоторые важные биомолекулы – маркеры состояния, выделяемые кожей: масляная кислота, вода, бензальдегид и их смеси двух видов с разной объемной долей компонентов.

Установлено, что чем меньше масса фазы ГА на сенсоре, тем больше чувствительность к парам воды. Поэтому, для нивелирования влияния естественной для человека биомолекулы рекомендуется применять сенсоры с большей массой ГА (больше 2-3 мкг). Изменение массы не влияет на чувствительность микровзвешивания органических негативных биомолекул.

По результатам корреляционного анализа установлено, что связь между качественными точечными параметрами сорбции (A_i/j) и отношениями термодинамических коэффициентов Генри (G_i/j) для исследуемых веществ прямая, очень надежная и практически для всех параметров количественная. Это подтверждает правильность ранее предложенных параметров для идентификации веществ по единичным откликам сенсоров в массиве (∆F_max).

Установлена возможность проведения качественного анализа смеси газов без предварительного их разделения по сигналам массива 8-ми пьезосенсоров c различными модификаторами по параметрам A_i/j, которые прямо пропорционально связаны с термодинамическими отношениями коэффициентов Генри (G_i/j), полученных в стационарных условиях.

Это значительно упрощает процедуру обучения «электронного носа», нанесения сорбентов и обоснования чувствительности и селективности при анализе смесей биомолекул. Оценена чувствительность микровзвешивания паров масляной кислоты и бензальдегида предложенным массивом, которая составляет не менее0.2371 и 0.03010 Гц·с·дм³/г при этом допускается 5-10-кратный избыток паров воды. Это обосновывает решение некоторых диагностических задач по результатам сканирования смеси газов, выделяемых кожей человека/животных за 60-80 с.