Компактная система гибких ион-селективных электродов для определения разных типов ионов в биологических жидкостях человека

В последнее время большой интерес представляют электрохимические системы для анализа основных биологический показателей [1], и не требующие больших денежных и временных затрат [2]. Однако подобные системы требуют портативных устройств, которые помогут производить мониторинг в режиме реального времени. Также большой актуальностью пользуются носимые сенсоры, которые требуют минимальные объемы анализируемых растворов, таких как человеческий пот [4]. Но данные системы зачастую встречаются с проблемой низкой аналитической точности. Для решения описанных выше проблем предлагается использовать ИСЭ на основе углеродного волокна, что позволяет достичь максимальной гибкости и компактности в использовании [4,5]. Углеродное волокно использовалось в качестве проводящего материала из-за его низкой стоимости, коммерческой доступности и возможности использования для микрообъемов образцов. Важным этапом в создании электрода является модификация углеродного волокна растворами полиэлектролитов PSS и PEI (2 mg/mL). Рабочая поверхность электрода наноструктурировання с использованием послойного наложения преобразуется в электростатическую сборку противоположно заряженных частиц на поверхность подложки, что позволяет формировать покрытие с широким функционалом [6,7]. Таким образом адсорбированные на поверхности углеродного волокна слои полиэлектролитов образуют псевдовнутренний раствор, а с другой стороны, они действуют как ионно-электронный преобразователь.

Для решения проблемы портативности предлагается использовать гибкий потенциостат, к которому будут подключены ион-селективные электроды. Сами электроды будут располагаться на гибкой силиконовой подложке, на поверхности которой находится рабочие области электродов. В последующем будет реализована дистанционная передача результатов анализа с потенциостата на другие устройства для дальнейшего использования.

В качестве результатов были разработаны ион-селективные электроды на ионы натрия, калия, кальция и pH на основе углеродного волокна, модифицированного методом послойного наложения слоев полиэлектролитов. Были изучены электроаналитические характеристики ИСЭ. Установлено, что электроды на натрий, кальций и pH способны точно детектировать наличие ионов в растворах с концентрацией от 1M до 10-4M. Таким образом описанная здесь система может служить носимым сенсорным устройством для анализа биологических жидкостей человека.

Литературный обзор: 1. Kim, J., Campbell, A. S., de Ávila, B. E. F., & Wang, J. (2019). Wearable biosensors for healthcare monitoring. Nature biotechnology, 37(4), 389-406. 2. Mousavi, M. P., Ainla, A., Tan, E. K., Abd El-Rahman, M. K., Yoshida, Y., Yuan, L., ... & Whitesides, G. M. (2018). Ion sensing with thread-based potentiometric electrodes. Lab on a Chip, 18(15), 2279-2290. 3. Terse-Thakoor, T., Punjiya, M., Matharu, Z., Lyu, B., Ahmad, M., Giles, G. E., ... & Sonkusale, S. (2020). Thread-based multiplexed sensor patch for real-time sweat monitoring. NPJ Flexible Electronics, 4(1), 1-10. 4. Nikolaev, K. G., Kalmykov, E. V., Shavronskaya, D. O., Nikitina, A. A., Stekolshchikova, A. A., Kosareva, E. A., ... & Skorb, E. V. (2020). ElectroSens platform with a polyelectrolytebased carbon fiber sensor for point-of-care analysis of Zn in blood and urine. ACS omega, 5(30), 18987-18994. 5. Guitchounts, G., & Cox, D. (2020). 64-channel carbon fiber electrode arrays for chronic electrophysiology. Scientific reports, 10(1), 1-9. 6. Guzman, E., Rubio, R. G., & Ortega, F. (2020). A closer physico-chemical look to the Layerby-Layer electrostatic self-assembly of polyelectrolyte multilayers. Advances in Colloid and Interface Science, 282, 102197. 7. Decher, G. (1997). Fuzzy nanoassemblies: toward layered polymeric multicomposites. science, 277(5330), 1232-1237.

• Цели
• Задачи
• Актуальность
• Результаты
• Применение
• Оборудование