Badanie transportu substancji elektroaktywnych w ciekłokrystalicznej warstwie lipidowej. Wpływ warstwy kontaktowej elektroda – biomatryca lipidowa

Emilia Zysk - Zając Pracownia Teorii i Zastosowań Elektrod

Promotor: dr hab. M. PałysOpiekun: prof.dr hab. R. Bilewicz

Cel pracy: Zbadanie, czy szybkość transportu w warstwie kontaktowej na granicy fazy kubicznej i powierzchni nośnika zależy od hydrofilowości nośnika.

Taka budowa jest analogiczna do błony komórkowej, gdzie części hydrofilowe cząsteczek lipidu skierowane są w kierunku wody, a hydrofobowe do wnętrza dwuwarstwy lub kanału lipidowego.

 

  Faza kubiczna powstaje po zmieszaniu wody oraz lipidu. Jedną z zajbardziej znanych faz kubicznych jest faza powstająca z wody i monooleiny (ester kwasu cis-9-oktadecenowego i gliceryny) w stosunku wagowym 6: 10, w temperaturze pokojowej.

Biomatrycą lipidową, jakiej używałam w pracy, była ciekłokrystaliczna faza wodno – lipidowa, a konkretnie jedna z jej odmian - tzw.faza kubiczna. Struktura ta składa się dwóch niezależnych układów kanałów zbudowanych odpowiednio z wody oraz cząsteczek lipidu. Dzięki temu umożliwia on dyfuzję cząsteczek zarówno hydrofilowych jak i hydrofobowych.

Parametrem ilościowo ujmującym szybkość transportu jonów i cząsteczek w kanałach faz kubicznych jest współczynnik dyfuzji (D). Wyznaczyłam go metodą woltamperometrii cyklicznej, używając próbnika Ru(NH3)6

3+ .

Układ pomiarowy: elektroda pracująca, elektroda odniesienia, elektroda pomocnicza

Badania prowadziłam za pomocą elektrod platynowych i złotych, wyposażonych w teflonowe nakładki.

Elektroda złota z teflonową nakładką

Po zbadaniu współczynnika dyfuzji przy użyciu elektrody na jej powierzchnię nanosiłam fazę kubiczną i ponownie badałam współczynnik dyfuzji.

Elektrodom złotym zmieniałam własności hydrofilowo – hydrofobowe poprzez nanoszenie na ich powierzchnie warstw tioli. Warstwę hydrofilową uzyskałam poprzez naniesienie

Elektroda platynowa

Elektroda złota

Badania wykazały, iż transport w fazie kubicznej przebiega kilka razy wolniej niż w wodzie, jednakże jest znacznie szybszy niż w innych typach warstw stosowanych do modyfikacji elektrod.

W przypadku hydrofilowego podłoża elektrodowego można stwierdzić zależność współczynnika dyfuzji D od szybkości zmiany potencjału. Jeżeli badany jest obszar bezpośrednio przy powierzchni elektrody (wysokie szybkości zmiany potencjału), to wpółczynnik dyfuzji jest wyższy. Przy długiej skali czasowej próbkowany jest obszar w głębi fazy, a zmierzony współczynnik dyfuzji jest niższy.

Elektroda złota pokryta 4-merkapto-1-butanolem

Gdy powierzchnię elektrody pokryłam 4-merkapto-1-butanolem (powierzchnia hydrofilowa) wówczas uzyskłam stałą wartość współczynnika dyfuzji, niezależną od szybkości zmiany potencjału. Jest to wynikiem dobrego pokrycia elektrody , a więc poprawienia kontaktu fazy z elektrodą.

4-merkapto-1-butanolu, zaś hydrofobową poprzez naniesienie heksanotiolu.