UA34994A

UA34994A - Optical transformer for direct qualitative and quantitative determination of substance in liquid sample

Info

Publication number: UA34994A
Application number: UA99074335A
Authority: UA
Inventors: Сергій Анатолійович Пілецький; Сергей Анатольевич Пилецкий; Катерина Вікторівна Костюкевич; Катерина Викторовна Костюкевич; Юрій Михайлович Ширшов; Юрий Михайлович Ширшов; Борис Анатолійович Снопок; Борис Анатольевич Снопок
Original assignee: Інститут Фізики Напівпровідників Національної Академії Наук України; Институтт Физики Полупроводников Национальной Академии Наук Украины
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2001-03-15

Abstract

The invention relates to physical-chemical methods of analysis. Transformer consists of source of p-polarized light, glass prism with total internal reflection with metal film to which chemically connected to it sensitive self-organized monolayer of organic molecules in applied, and proto-receiver, connected to each other by optical coupling.

Description

Винахід належить до фізико-хімічних методів аналізу, зокрема до визначення якісного та кількісного складу досліджуваної рідкої проби з використанням оптоелектронного твердотільного перетворювача, поверхня якого модифікована органічною матрицею, що самоорганізується, а принцип дії заснований на резонансі поверхневих плазмонів.The invention belongs to the physico-chemical methods of analysis, in particular to the determination of the qualitative and quantitative composition of the investigated liquid sample using an optoelectronic solid-state transducer, the surface of which is modified with a self-organizing organic matrix, and the principle of operation is based on the resonance of surface plasmons.

Такі пристрої, що дозволяють робити швидкий якісний і кількісний аналіз рідких проб. можуть знайти застосування у медицині і сільському господарстві, фармацевтичної і харчової промисловості, моніторингу навколишнього середовища, а також для фізико- і біохімічних досліджень у різноманітних галузях науки.Such devices allow for rapid qualitative and quantitative analysis of liquid samples. can find application in medicine and agriculture, pharmaceutical and food industry, environmental monitoring, as well as for physical and biochemical research in various fields of science.

Відомий біосенсор Опіеа 5іагез Раїєпі 5629213, Апаїуїса! Біозепзог, біємеп Е. Котдпцій еї аї!., Мау 13 1997,Known biosensor Opiea 5iages Raiiepi 5629213, Apaiuisa! Biozepsog, biomep E. Kotdptsii ei ai!., Mau 13 1997,

СО1М 033/543; 01М 033/552; 03 01М 033/547, робота якого заснована на використанні явища поверхневого плазменного резонансу. Система для визначення речовини включає скляну призму, тонку металеву плівку і чутливу плівку багатошарової структури: а) тонкий органічний полімерний шар матеріалу, що унаслідок своєї поліаніонної природи адсорбується на металевій плівці; б) шар полікатіонного полімерного матеріалу полілізину, що зв'язується з поліаніонним і в) зовнішній шар біологічної природи, пов'язаний із полілізином, що забезпечує специфічне зв'язування з речовиною, що визначається.СО1М 033/543; 01M 033/552; 03 01М 033/547, the work of which is based on the use of the phenomenon of surface plasma resonance. The system for determining the substance includes a glass prism, a thin metal film and a sensitive film with a multilayer structure: a) a thin organic polymer layer of material that, due to its polyanionic nature, is adsorbed on the metal film; b) a layer of polycationic polymer material polylysine, which binds to polyanionic and c) an outer layer of biological nature, associated with polylysine, which provides specific binding to the substance to be determined.

Біосенсор дозволяє виявити присутність у рідкій пробі молекул біологічної природи, для котрих заздалегідь необхідно виробити біоафінних партнерів зв'язування, і визначити їхню концентрацію.The biosensor makes it possible to detect the presence of molecules of biological nature in a liquid sample, for which it is necessary to develop bioaffinity binding partners in advance, and to determine their concentration.

Недоліком є те, що утворення чутливого шару відбувається в три стадії, причому використовувані матеріали є полімерними, що потребує операцій центрифугування, контрольованого випару розчинника і полімеризації, тобто складного і дорогого устаткування. Крім того, до складу чутливого шару входять малостабільні дорогі біологічні реагенти імунологічного тестування. Метод центрифугування є макроскопічним, він дає неоднорідні і великі по товщині (300-400 нм) покриття, що веде до погіршення чутливості і помилкам у розрахунках.The disadvantage is that the formation of the sensitive layer takes place in three stages, and the materials used are polymeric, which requires centrifugation operations, controlled evaporation of the solvent and polymerization, that is, complex and expensive equipment. In addition, the composition of the sensitive layer includes unstable and expensive biological reagents for immunological testing. The centrifugation method is macroscopic, it gives heterogeneous and large (300-400 nm) coatings, which leads to a deterioration in sensitivity and errors in calculations.

Відомий пристрій для знаходження і дослідження речовини в рідкій пробі Опіей 5іагез Раїепі 5561069, Зипасе ріазтоп гезопапсе аеїесіог паміпд соПесіог ог єішеа Іїдасе, Вгіідпат-Вигке еї аїЇ., Осі. 1 1996, 501М 033/543, що використовує явище поверхневого плазмонного резонансу, чутливий елемент якого містить металеву плівку, модифіковану похідними органічної речовини - декстрана.Known device for finding and researching a substance in a liquid sample Opiei 5iagez Raiepi 5561069, Zipase riaztop gezopapse aeiesiog pamipd soPesiog og yeshea Iidase, Vgiidpat-Vygke ei aiYi., Osi. 1 1996, 501М 033/543, which uses the phenomenon of surface plasmon resonance, the sensitive element of which contains a metal film modified with derivatives of an organic substance - dextran.

Такий пристрій дозволяє контролювати і досліджувати речовини в рідкій пробі, для чого необхідно надходження і закріплення ще однієї речовини, що є сполучною між детектованою речовиною. Можлива заміна сполучної речовини.Such a device allows you to control and examine substances in a liquid sample, which requires the arrival and fixation of another substance, which is a binder between the detected substance. It is possible to replace the binder.

Недостатком є те, що утворення чутливого шару відбувається в два етапи, що робить цей процес складним і дорогим. Крім того великі товщини шару декстрана (більш 100 нм), неможливість одержання плівок однорідних по товщині, неоднорідні умови зв'язування з речовиною, що досліджується призводять до неконтрольованих помилок у розрахунках. Сполучну речовину для кожного випадку необхідно спеціально розробляти.The disadvantage is that the formation of the sensitive layer occurs in two stages, which makes this process complex and expensive. In addition, large thicknesses of the dextran layer (more than 100 nm), the impossibility of obtaining films of uniform thickness, heterogeneous conditions of binding with the substance under investigation lead to uncontrolled errors in calculations. The binder must be specially developed for each case.

Найбільше близьким до оптичного перетворювача, що заявляється можна вважати біосенсор Опіей 5іагевThe Opiei 5iagev biosensor can be considered the closest to the claimed optical transducer

Раїєепі 5620850 МоїІесшцаг гесодпійоп аї зипасез дегмаййлеа мій зеаззетбрієй топоіауєї5, Ватааай; Супійіа С. еї аї.,Raiyeepi 5620850 My Iesshtsag gesodpiyop ai zipasez degmayylea my zeazzetbriey topoiaueyi5, Wataaay; Supiia S. ei ai.,

Арг. 15 1997, С120 001/68; 201М 033/53; С07К 005/00. Такий біосенсор поверхневого плазменного резонансу являє собою оптичну систему, що містить джерело р-полярізованого світла, скляну призму повного внутрішнього відбитка з металевою плівкою на ній, що модифікована органічною плівкою з трьох шарів, де перший шар є самоорганізований і фотоприймач.Arg. 15 1997, C120 001/68; 201M 033/53; C07K 005/00. Such a biosensor of surface plasma resonance is an optical system containing a p-polarized light source, a glass prism of full internal reflection with a metal film on it, which is modified with an organic film of three layers, where the first layer is self-organized and a photoreceptor.

Біосенсор розпізнає біологічну молекулу завдяки специфічному зв'язуванню з біоафінним партнером, що з'єднується за допомогою хелатного агента через металевий іон із першим шаром, що є самоорганізованим і закріпленим на металевій поверхні хімічним зв'язком.The biosensor recognizes a biological molecule due to specific binding to a bioaffinity partner, which is connected by means of a chelating agent through a metal ion to the first layer, which is self-organized and fixed on the metal surface by a chemical bond.

Недоліком є 3-х стадійна організація чутливої плівки, що робить процес складним і дорогим. Крім того, отриманий у результаті шар утворюється просторово-неоднорідним, що веде до втрати чутливості і помилкових результатів Необхідність використання біологічних реагентів імунологічного тестування робить такий чутливий шар дорогим, малостабільним і обмежує кількість об'єктів розпізнавання.The disadvantage is the 3-stage organization of the sensitive film, which makes the process difficult and expensive. In addition, the resulting layer is spatially inhomogeneous, which leads to a loss of sensitivity and false results. The need to use biological reagents for immunological testing makes such a sensitive layer expensive, unstable, and limits the number of recognition objects.

Таким чином, аналіз наведених біохімічних сенсорів, робота яких заснована на явищі поверхневого плазмонного резонансу показує, що шари таких оптичних пристроїв не дають оптимального сполучення простого і недорогого методу одержання і відповідної якості (однорідність, товщина) для прямого якісного та кількісного визначення речовини в рідкій пробі.Thus, the analysis of the above biochemical sensors, the work of which is based on the phenomenon of surface plasmon resonance, shows that the layers of such optical devices do not provide an optimal combination of a simple and inexpensive method of preparation and the corresponding quality (homogeneity, thickness) for the direct qualitative and quantitative determination of a substance in a liquid sample .

В основу винаходу, що заявляється поставлена задача збільшення чутливості, точності, здешевлення перетворювача, розширення кола об'єктів розпізнавання при значному спрощенні створення чутливого шару.The basis of the claimed invention is the task of increasing sensitivity, accuracy, reducing the cost of the transducer, expanding the range of recognition objects while significantly simplifying the creation of a sensitive layer.

Поставлена задача досягається тим, що в оптичному перетворювачі для прямого якісного та кількісного визначення речовини в рідкій пробі, що містить джерело р-поляризованого світла, скляну призму повного внутрішнього відбитка з металевою плівкою, на якій закріплений за допомогою хімічного зв'язку самоорганізований моношар органічних молекул і фотоприймач, пов'язані між собою оптичним зв'язком, що самоорганізований моношар утворений із двухкомпонентної системи молекул із різною довжиною вуглецевоводневого ланцюга, одна з яких повинна бути структурним аналогом ідентифікованої речовини.The task is achieved by the fact that in the optical converter for the direct qualitative and quantitative determination of a substance in a liquid sample containing a source of p-polarized light, a glass prism with a full internal impression with a metal film, on which a self-organized monolayer of organic molecules is fixed by means of a chemical bond and the photoreceptor, connected to each other by an optical connection, that the self-organized monolayer is formed from a two-component system of molecules with different lengths of the carbon-hydrogen chain, one of which must be a structural analogue of the identified substance.

Оптичний перетворювач, що заявляється, відрізняється також тим, що металева плівка на поверхні призми є золотою, а функціональна група молекул чутливого шару, утворююча хімічний зв'язок із поверхнею золотої плівки, містить сірку, при цьому одна зі складових чутливого шару може бути алкантіолом із довжиною ланцюга більш 9, а друга складова повинна бути структурним аналогом ідентифікованої речовини, що містить сірку.The claimed optical converter is also distinguished by the fact that the metal film on the surface of the prism is gold, and the functional group of molecules of the sensitive layer, forming a chemical bond with the surface of the gold film, contains sulfur, while one of the components of the sensitive layer can be an alkanethiol with with a chain length of more than 9, and the second component must be a structural analogue of the identified sulfur-containing substance.

Збільшення чутливості і точності досягається тим, що в оптичному перетворювачі для прямого якісного та кількісного визначення речовини в рідкій пробі чутливий шар є не багатошаровою структурою, а моношаровою матрицею органічних молекул, що самоорганізована. Такий моношар, утворений із двухкомпонентної системи молекул із різною довжиною вуглецевоводневого ланцюга, одна з яких є структурним аналогом ідентифікованої речовини, утворюється щільним, однорідним по товщині в області десятків-сотень ангстрем, що створює однорідні умови зв'язування з ідентифікованою речовиною і дозволяє уникнути помилок у розрахунках концентрації. Розширення кола об'єктів пов'язане з тим, що для будь-якої цікавлячої речовини хімічної або біологічної природи завжди можна організувати чутливу моношарову матрицю, оскільки завжди можна одержати (синтезувати) його аналог спроможний до хімічного зв'язування з металевою подкладинкою. Здешевлення випливає зі значного спрощенню методу одержання чутливого шару, що є одностадійним, у зв'язку з тим, що поставлена задача детектування вирішується організацією тільки одного моношару. Сформувати чутливий шар, запропонований у винаході, що. заявляється, можна зануренням призми з металевою плівкою в розчин, що містить двухсомпонентну суміш молекул, на 24-72 години з наступним промиванням у чистому розчиннику і сушінням, на зразку з будь-якою геометрією, при цьому не потрібно складного або дорогого устаткування і спеціальних умов, тобто процес відбувається з високим виходом і відтворенням при умовах, характерних для більшості промислових і наукових організацій.An increase in sensitivity and accuracy is achieved by the fact that in an optical transducer for direct qualitative and quantitative determination of a substance in a liquid sample, the sensitive layer is not a multilayer structure, but a monolayer matrix of organic molecules that is self-organized. Such a monolayer, formed from a two-component system of molecules with different lengths of the hydrocarbon chain, one of which is a structural analogue of the identified substance, is formed dense, uniform in thickness in the range of tens to hundreds of angstroms, which creates uniform binding conditions with the identified substance and allows to avoid errors in concentration calculations. The expansion of the range of objects is related to the fact that for any interesting chemical or biological substance, it is always possible to organize a sensitive monolayer matrix, since it is always possible to obtain (synthesize) its analogue capable of chemically binding to a metal substrate. The reduction in price results from a significant simplification of the method of obtaining a sensitive layer, which is one-stage, due to the fact that the detection task is solved by the organization of only one monolayer. To form a sensitive layer proposed in the invention, which. it is claimed that it is possible to immerse a prism with a metal film in a solution containing a two-component mixture of molecules for 24-72 hours, followed by washing in a clean solvent and drying, on a sample with any geometry, while this does not require complex or expensive equipment and special conditions , that is, the process occurs with high output and reproduction under conditions typical for most industrial and scientific organizations.

Оптимальне досягнення поставленої задачі реалізується в оптичному перетворювачі, що заявляється коли металева плівка на поверхні призми є золота, а функціональна група молекул чутливого шару, утворююча хімічний зв'язок із поверхнею золотої плівки, містить сірку. Золото вибирається переважним металом через свої інертні властивості, що є істотним для роботи рідинного біохімічного сенсору, а функціональна група, що містить сірку, є найбільш активною при утворенні хімічного зв'язку з золотом.Optimal achievement of the given task is realized in the optical converter, which is applied when the metal film on the surface of the prism is gold, and the functional group of molecules of the sensitive layer, forming a chemical bond with the surface of the gold film, contains sulfur. Gold is chosen as the preferred metal because of its inert properties, which is essential for the operation of a liquid biochemical sensor, and the functional group containing sulfur is the most active in forming a chemical bond with gold.

На фіг. 1 наведена резонансна крива поверхневого плазменного резонансу.In fig. 1 shows the resonance curve of surface plasma resonance.

На фіг. 2 показана блок-схема пристрою, що заявляється, де 1 - джерело р-полярізованого світла, 2 - призма з провідниковою плівкой, модифікованою селективною моношаровою органічною матрицей, З - блок керування поворотом призми, 4 - блок подачі рідкої проби, 5 - фоточутливий елемент, 6 - комп'ютерна система.In fig. 2 shows a block diagram of the claimed device, where 1 is a p-polarized light source, 2 is a prism with a conductive film modified with a selective monolayer organic matrix, C is a prism rotation control unit, 4 is a liquid sample supply unit, 5 is a photosensitive element , 6 - computer system.

На фіг. З показана схема організації органічної моношарової матриці на металевій поверхні.In fig. C shows the organization scheme of the organic monolayer matrix on the metal surface.

На фіг. 4 наведена експериментальна кінетична крива (сенсорограма) при детектуванні адсорбції барбітурової кислоти на чутливу поверхню оптичного перетворювача, модифіковану моношаровою органічною матрицею. (1) - веронал у концентрації 200 г/мл, (2-8) - барбітурова кислота в діапазоні концентрацій 1 нг/мл - 1 мг/мл.In fig. 4 shows the experimental kinetic curve (sensor diagram) for detecting the adsorption of barbituric acid on the sensitive surface of the optical transducer modified with a monolayer organic matrix. (1) - veronal in a concentration of 200 g/ml, (2-8) - barbituric acid in the concentration range of 1 ng/ml - 1 mg/ml.

На фіг. 5 наведена експериментальна калібрована крива для кількісного визначення барбітурової кислоти в рідкій пробі в діапазоні концентрацій 1 нг/мл -1 мг/мл.In fig. 5 shows an experimental calibration curve for the quantitative determination of barbituric acid in a liquid sample in the concentration range of 1 ng/ml -1 mg/ml.

У винаході, що заявляється, оптичний перетворювач для якісного та кількісного визначення речовини в рідкій пробі є сенсорним приладом, робота якого заснована на використанні, явища поверхневого плазменного резонансу (Поверхневі полярітони. Електромагнітні хвилі на поверхнях і межах поділу середовищ. За редакцієюIn the claimed invention, the optical transducer for the qualitative and quantitative determination of a substance in a liquid sample is a sensor device, the operation of which is based on the use of the phenomenon of surface plasma resonance (Surface polaritons. Electromagnetic waves on the surfaces and boundaries of the separation of media. Edited by

В.М.Аграновича, Д.Л.Миллса. М.: Наука. 1985, 525с.; Поверхневі полярітони в напівпровідниках і діелектриках.V. M. Agranovich, D. L. Mills. M.: Science. 1985, 525 p.; Surface polaritons in semiconductors and dielectrics.

Н.Л.Дмитрук, В.Г.Литовченко, В.Л.Стри-жевский. Київ: Наукова думка, 1989, 375 с.).N.L. Dmytruk, V.G. Lytovchenko, V. L. Stryzhevsky. Kyiv: Naukova dumka, 1989, 375 p.).

Поверхневі електромагнітні хвилі, або поверхневі плазмони (ПП), - особливий вид макроскопічних електромагнітних хвиль, що поширюються уздовж поверхонь поділу середовищ, тобто на відстанях, що не перевищують довжини хвилі використовуваного випромінювання. Умовою існування ПП є наявність у робочому діапазоні негативної діелектричної проникності в одного із середовищ, що граничать. Для металів діелектрична проникність обумовлена плазмою вільних електронів є негативною в широкому спектральному діапазоні.Surface electromagnetic waves, or surface plasmons (SPs), are a special type of macroscopic electromagnetic waves that propagate along the separation surfaces of media, that is, at distances that do not exceed the wavelength of the radiation used. The condition for the existence of PP is the presence in the working range of a negative dielectric constant in one of the adjacent media. For metals, the dielectric constant due to the plasma of free electrons is negative in a wide spectral range.

Найбільш частим методом збудження ПП є з використанням призми в умовах порушеного повного внутрішнього відбитка і геометрії, при котрій металеву плівку наносять безпосередньо на призму. У сенсорному застосуванні робоча сторона призми, покрита тонким металевим шаром і контактує з досліджуваною пробою, опромінюється з боку більш щільного середовища. Інтенсивність світла, відчуває повний внутрішній відбиток від межі поділу скло- метал і вимірюється відбиток як функція кута падіння. Коли р-полярізовані електромагнітні хвилі збудять поверхневі плазмони на межі поділу метал - досліджувана проба, у залежності, що вимірюється, буде спостерігатися ослаблення повного внутрішнього відбитка і ми зможемо зафіксувати результуючий відгук у виді резонансної кривої (фіг. 1). Форма кривої плазменного резонансу і, зокрема, положення мінімуму, залежать як від показника заломлення призми, оптичних констант і товщини шару, у якому збуджується поверхневий плазмонний резонанс так і від оптичних параметрів і товщини шару, що контактує з шаром - носієм плазмонних коливань.The most frequent method of excitation of PP is using a prism in the conditions of disturbed full internal impression and geometry, in which case the metal film is applied directly to the prism. In the sensor application, the working side of the prism, covered with a thin metal layer and in contact with the test sample, is irradiated from the side of a denser medium. The light intensity, senses the full internal reflection from the glass-metal interface and measures the reflection as a function of the angle of incidence. When p-polarized electromagnetic waves excite surface plasmons at the boundary between the metal and the test sample, depending on what is being measured, there will be a weakening of the full internal imprint and we will be able to record the resulting response in the form of a resonance curve (Fig. 1). The shape of the plasma resonance curve and, in particular, the position of the minimum, depend both on the refractive index of the prism, optical constants, and the thickness of the layer in which the surface plasmon resonance is excited, as well as on the optical parameters and thickness of the layer in contact with the layer - the carrier of plasmon oscillations.

Міряючи зміну резонансних умов виникнення плазменного ефекту, тобто отслеживая зміну положення мінімуму плазмонного резонансу в часу (фіг. 4), ми можемо судити про процеси взаємодії, що відбуваються на металевій поверхні й оцінити їх кількісно.By measuring the change in resonance conditions for the occurrence of the plasma effect, i.e. by tracking the change in the position of the plasmon resonance minimum over time (Fig. 4), we can judge the interaction processes occurring on the metal surface and evaluate them quantitatively.

Чутливий елемент перетворювача, що заявляється (фіг. 2-2) був виконаний нами з використанням призми повного внутрішнього відбитка, має кут при основі 687. на робочу поверхню якої наносили шар золота (45 нм).The sensitive element of the claimed transducer (Fig. 2-2) was made by us using a prism with a full internal impression, having an angle at the base of 687. on the working surface of which a layer of gold (45 nm) was applied.

Золота плівка піддавалася модифікації моношаровою органічною матрицею, що вибрано взаємодіє з цікавлячою речовиною (адсорбуя її). Через призму на металеву поверхню падає промінь (фіг. 2 - 1) р-полярізованого лазерного світла (633 нм). Сканування зразків у необхідному діапазоні кутів здійснюється на обертовій платформі за допомогою крокового двигуна (фіг. 2 - 3). Для приведення в контакт робочої сторони металевої плівки з рідкою пробою передбачена проточна кювету з герметизуючим шаром із силіконової гуми об'ємом Тр, Подача проби здійснюється перистальтичним насосом (фіг. 2 - 4). Сигнал, відбитий від металевої поверхні фіксується фотодіодом (фіг. 2-5). Аналіз кутового положення і форми резонансної кривої реєструється керуючою програмою (фіг. 2-6), що дозволяє одержувати в реальному масштабі часу кінетичну криву або сенсорограмму (фіг.4). що відбиває процеси адсорбції речовини моношаровою органічною матрицею з досліджуваної рідкої проби.The gold film was modified with a monolayer organic matrix that selectively interacts with the substance of interest (adsorbing it). A beam (Fig. 2 - 1) of p-polarized laser light (633 nm) falls through the prism onto the metal surface. Scanning of samples in the required range of angles is carried out on a rotating platform using a stepper motor (Fig. 2 - 3). To bring the working side of the metal film into contact with the liquid sample, a flow cuvette with a sealing layer of silicone rubber with a volume of Tr is provided. The sample is fed by a peristaltic pump (Fig. 2 - 4). The signal reflected from the metal surface is recorded by a photodiode (Fig. 2-5). The analysis of the angular position and shape of the resonance curve is recorded by the control program (Fig. 2-6), which allows obtaining a kinetic curve or a sensorogram (Fig. 4) in real time. which reflects the processes of adsorption of a substance by a single-layer organic matrix from the investigated liquid sample.

Результати вимірів математично опрацьовуються по спеціально розробленому алгоритмі.The results of the measurements are mathematically processed according to a specially developed algorithm.

Для приклада, із широкої розмаїтості об'єктів, що можуть бути ідентифіковані методом, що заявляється, були обрані барбітурати. Барбітурати є депресантами центральної нервової системи і використовуються в медицині як болезаспокійливі, снотворні і протисудорожні засоби. Проте існує і негативна сторона зловживання цими речовинами: вони можуть бути використані в якості наркотичних засобів. При хронічному використанні барбітуратів розвивається звикання і смерть може наступити як від понад дозування, так і від різкого припинення прийому. Тому дуже важливим є можливість визначення рівня барбітуратів у мочі та плазмі крові.For example, from a wide variety of objects that can be identified by the claimed method, barbiturates were chosen. Barbiturates are central nervous system depressants and are used in medicine as pain relievers, hypnotics and anticonvulsants. However, there is also a negative side of abusing these substances: they can be used as narcotics. With chronic use of barbiturates, addiction develops and death can occur both from overdosing and from abrupt cessation of administration. Therefore, it is very important to be able to determine the level of barbiturates in urine and blood plasma.

Різноманітні типи молекулярно-організованих систем розглянуті докладно в книзі А. ОІтап. Ап іпігодисіоп Ю ийгашіп огдапіс Піте: їйот Гапдтиїй-Віоддей 0 зей-авзветріу. Асадетіс Ргезб5, Во5іОп, 1991. Теорія про формування плівки, що самоорганізується, із суміші двох.органосіркових молекул із різноманітною довжиною вуглецево-водневого ланцюга соадсорбціею описана у Соїїп. Ю. Ваїп апа Сеогде М. УУніевзіде5 Еоптайоп ої топоіауєг Бу Пе соаазогрійп ої ІШПіоі5 оп дод: магіайоп іп (пе Іепдій ої їНе аїКуї спаїп. 9). Ат. Спет. бос. 1989, м. 111,Various types of molecularly organized systems are discussed in detail in the book by A. OItap. Ap ipigodisiop Yu yigaship ogdapis Pite: iyot Gapdtiy-Vioddei 0 zey-avsvetriu. Asadetis Rgezb5, Vo5iOp, 1991. The theory of the formation of a self-organizing film from a mixture of two organosulfur molecules with various lengths of the carbon-hydrogen chain by co-adsorption is described in Soiip. Y. Vaip apa Seogde M. UUnievzide5 Eoptaiop oi topoiauyeg Bu Pe soaazogriip oi ISHPioi5 op dod: magiayop ip (pe Iepdiy oi iNe aiKui spaip. 9). At. Spent boss. 1989, m. 111,

Мо 18, 7164 - 7175. Існують посилання (Сабгіє! Р.І орег, Напзв А.Віериуск, Раїрі Нагег, Атії Китаг, апа Сеого М.Mo 18, 7164 - 7175. There are references (Sabgie! R.I oreg, Napsv A. Vieriusk, Rairi Nageg, Atii Kitag, apa Seogo M.

М піезідез Рабгісайоп апа ітадіпд ої їмо-дітепвіопа! рацегпв ої ргоївіп адзогрей оп зеїаззетбрієй топоїауеєгв ру всаппіпд еєїесігоп тісгозсору у). Ат.СПпет.бос. 1993, 115, 10774-10781; Каїйеєп Т. Кіппеаг апа Нагоїй а.M piezidez Rabgisayop apa itadipd oyi imomo-ditepviopa! racegpv oi rgoivip adzogrey op zeiazzetbriei topoiaueegv ru vsappipd eeeiesigop tisgozsoru u). At.SPpet.bos. 1993, 115, 10774-10781; Kaiyeep T. Kippeag apa Nagoya a.

Мопроцидиейе бігесі еІесігоп (гапвіег Юю ЕзсПепісніа соїї Титагайїе гедисіазе іп зеі-аззетрієй аІкапефйіо! топоїаует5 оп доїй єїІесігодеб5 Іапдтиїй 1993, 9, 2255-2257) на використання поверхонь, модифікованих гідрофобними алкантіолами з довгим ланцюгом або їхніми сумішами для закріплення біологічних об'єктів за рахунок електростатичних, гідрофобних і ковалентних взаємодій.Moprocidiye bigesi eIesigop (gapvieg Yuu EzsPepisnia soii Titagaiiie gedisiase ip zei-azzetriei aIkapefiio! topoiauet5 op doiy eiiIesigodeb5 Iapdtiy 1993, 9, 2255-2257) on the use of surfaces modified by hydrophobic alkanethiols with a long chain or their mixture for anchoring objects electrostatic, hydrophobic and covalent interactions.

Хемосорбція сполук, що містять сірку, із довжиною вуглевоводневого ланцюга більш 9 на благородних металах із (0,1-1,0) тМ розчину методом занурення на 24-72 годин з наступним промиванням у чистому розчиннику і сушінням, у результаті котрої молекули закріплюються на підкладці з утворенням хімічного зв'язку, формує щільні, механічно і термічне (до 1507) стабільні моношарові покриття в області десятків-сотень ангстрем. Вибір розчинника визначається типом використовуваного рецепторного компонента з переважним використанням етилового спирту і води, оскільки вони недорогі, нетоксичні і легко піддаються очищенню. Така плівка цілююм покриває металеву поверхню вуглевоводневими ланцюгами і термінальні функціональні групи визначають в остаточному підсумку властивості модифікованої поверхні.Chemisorption of sulfur-containing compounds with a hydrocarbon chain length of more than 9 on noble metals from (0.1-1.0) tM solution by immersion method for 24-72 hours followed by washing in a clean solvent and drying, as a result of which the molecules are fixed on substrate with the formation of a chemical bond, forms a dense, mechanically and thermally (up to 1507) stable monolayer coating in the range of tens to hundreds of angstroms. The choice of solvent is determined by the type of receptor component used, with the predominant use of ethyl alcohol and water, as they are inexpensive, non-toxic and easily cleaned. Such a cellulium film covers the metal surface with hydrocarbon chains and the terminal functional groups ultimately determine the properties of the modified surface.

Для якісного і кількісного визначення барбітурової кислоти у водяних розчинах золота поверхня чутливого елемента оптичного перетворювача, що заявляється, модифікувалася в такий спосіб: 1. Готували 1 тМ розчин додекантіола Не(СНг):СНз в етиловому спирті (а); готували 1 тМ розчин малонілтіомочевини СаНаСоМег5 (тіо-барбітурова кислота) у 50 95 суміші води й етилового спирту (б); утворювали суміш розчинів (а) і (б) у співвідношенні 1 : 20. 2. Хемосорбцію здійснювали шляхом занурення свіжевиготовлених золотих плівок в утворену суміш на 24 години при температурі 252570. 3. Ретельне промивання в чистому етанолі протягом 30 хвилин при температурі 252570. 4. Сушіння в потоку чистого повітря.For the qualitative and quantitative determination of barbituric acid in aqueous solutions of gold, the surface of the sensitive element of the claimed optical converter was modified as follows: 1. Prepare a 1 tM solution of dodecanethiol He(CHg):CH3 in ethyl alcohol (a); prepared a 1 tM solution of malonylthiourea CaNaSoMeg5 (thio-barbituric acid) in a 50 95 mixture of water and ethyl alcohol (b); a mixture of solutions (a) and (b) was formed in a ratio of 1:20. 2. Chemosorption was carried out by immersing freshly prepared gold films in the resulting mixture for 24 hours at a temperature of 252570. 3. Thorough washing in pure ethanol for 30 minutes at a temperature of 252570. 4 Drying in a stream of clean air.

Приготовлена в такий спосіб органічна моношарова матриця з високим ступенем селективності адсорбує молекули малонілмочевини СаНаОзМ2 (барбітурова кислота). Матрицю призводили в контакт із водяним розчином барбітурової кислоти при різноманітних концентраціях у діапазоні 1 нг/мл - 1 мг/мол. Для перевірки селективності чутливого елемента здійснювали контакт із водяним розчином аналога барбітурової кислоти - барбіталомThe organic monolayer matrix prepared in this way with a high degree of selectivity adsorbs molecules of malonylurea CaNaOzM2 (barbituric acid). The matrix was brought into contact with an aqueous solution of barbituric acid at various concentrations in the range of 1 ng/ml - 1 mg/mol. To check the selectivity of the sensitive element, contact was made with an aqueous solution of barbituric acid analogue - barbital

СвНігОзМ» (веронал). Час інкубації досліджуваної проби з модифікованою поверхнею чутливого елемента - 20 хвилин.SvNigOzM" (veronal). The incubation time of the test sample with the modified surface of the sensitive element is 20 minutes.

Типова кінетична крива залежності зміщення резонансного кута від концентрації барбітурової кислота подана на фіг. 4 (2-8). При цьому адсорбції вероналу взагалі не спостерігається фіг. 4 (1).A typical kinetic curve of the dependence of the displacement of the resonance angle on the concentration of barbituric acid is shown in Fig. 4 (2-8). At the same time, the adsorption of veronal is not observed at all, fig. 4 (1).

Проведений експеримент підтверджує можливість прямого якісного і кількісного визначення речовини в досліджуваній рідкій пробі на твердотільній металевій поверхні, модифікованій органічною моношаровою матрицею, за допомогою пристрою, що фіксує резонанс поверхневих плазмонів. 450 400 2350 2зо0о0 х вав250The conducted experiment confirms the possibility of direct qualitative and quantitative determination of the substance in the investigated liquid sample on a solid metal surface modified with an organic monolayer matrix, using a device that captures the resonance of surface plasmons. 450 400 2350 2zo0o0 x vav250

А и. о200 хAnd and about 200 x

Ф 150 у т 100F 150 in t 100

ІAND

0. 20000: "400000. 20000: "40000

Кут падіння (сек)Angle of incidence (sec)

Фіг. 1 арFig. 1 are

МM

Фіг. 2 вон (вет кла» пттйтийттддфтттітттйтхFig. 2 won (vet kla» pttityittddftttitttyth

Фіг. З х о е 7400 е 6 2 м 7200 5 о 4 їа о 7000 1 3 ! о о 2 х 8800 в ж 8 2 ввоо че 9 а. 6400 7 - х 6200 х о 2000 4000 6000 8000 10000 12000 о Час (сек) чFig. Z h o e 7400 e 6 2 m 7200 5 o 4 ia o 7000 1 3 ! o o 2 x 8800 v z 8 2 vvoo che 9 a. 6400 7 - x 6200 x o 2000 4000 6000 8000 10000 12000 o Time (sec) h

ІAND

ІзаAnd for

Фіг. 4 в 9 о ий « 1000 -е » |! хх воо І о ї о х 800 І . о ж . ч 400 ! х о 8 "т І-ШЬ2К3 о» 200 ве. -0тFig. 4 at 9 o'clock "1000th" |! xx voo I o i o x 800 I . oh well h 400! x o 8 "t I-ShB2K3 o» 200 ve. -0t

ГІ пра ж о х 1Е-103ЄЕ-9 1ЄЕ-8 1Е-7 1Е-6 1-5 1-4 1Е-3 0,01GI right hand 1Е-103ЕЕ-9 1ЕЕ-8 1Е-7 1Е-6 1-5 1-4 1Е-3 0.01

Р . Концентрація (г/мл) 2 і!R. Concentration (g/ml) 2 and!

Фіг. 5Fig. 5

Claims

1. An optical transducer for the direct qualitative and quantitative determination of a substance in a liquid sample consists of a p-polarized light source, a glass prism with a full internal impression with a metal film, on which a sensitive self-organized monolayer of organic molecules chemically bound to it is fixed, and a photoreceptor of related between each other by an optical connection, which is distinguished by the fact that the self-organized monolayer is formed from a two-component system of molecules with different lengths of the carbon-hydrogen chain, one of which is a structural analogue of the identified substance.

2. Optical converter according to claim 1, which is characterized by the fact that the metal film on the surface of the prism is gold, and the functional group of molecules of the sensitive layer, which forms a chemical bond with the surface of the gold film, contains sulfur, while one of the components of the sensitive layer is an alkanethiol with a hydrocarbon chain length of more than 9, and the second component must be a structural analogue of the identified sulfur-containing substance.