Nanosenzori i Nanotehnologije,Seminarski,Halilović

8/10/2019 Nanosenzori i Nanotehnologije,Seminarski,Halilovi

1/24

Prirodno-matematiki fakultet

Senzori i biosenzori

Seminarski rad

NANOSENZORI

I

NANOTEHNOLOGIJE

Mentor: Student:

Prof. dr. Emir Turkui Namir Halilovi

Sarajevo, februar 2014.


2/24

2Nanosenzori i nanotehnologija

Namir Halilovi| SENZORI I BIOSENZORI

UVOD

Iako naslov ovog rada sugerira znanstvenu fantastiku, svote koje se ulau u ovo podruje

tehnologije vee su od bruto nacionalnih proizvoda mnogih drava. Kao to je nekad u vrijeme

hladnog rata bila utrka u naoruanju znaajna za strateke odnose u cijelom svijetu, tako ve

nekoliko decenija svjetske elite shvaaju da je kontrola tehnologije novo podruje ratovanja.

Znaajan aspekt u nanotehnologiji je ogromno poveanje omjera (en. ratio) veliine

povrine naspram zapremine, koji je prisutan kod mnogih materijala na nanoskali, to ini

moguim nove kvantne mehanike efekte. Jedan primjer je efekt kvantne veliine gdje se

elektronike osobine vrstih tijela mijenjaju, sa znaajnim smanjenjem veliine djelia. Ovaj

efekt ne dolazi do izraaja kod smanjenja sa makro na mikro dimenzije. Nanostrukturirani

materijali vrlo su ivo podruje istraivanja u svijetu, prije svega zahvaljujui svojim

jedinstvenim svojstvima. Uz golem trini potencijal oni donose i nove rizike. injenica je da

postoji opa zabrinutost zbog negativnog utjecaja nanoestica na ljudsko zdravlje i okoli.

Posljednjih godina raste broj istraivanja vezanih za tetne uinke nanomaterijala na ive

organizme.


3/24



GLAVNI DIO

OSNOVNI POJMOVI

U rijei nanosenzori su opisani siuni senzori, dakle n - nano, odnosno 10-9 m.

Nanotehnologija je posebno podruje nauke koje se bavi kontrolom i manipulacijom

materijalnih struktura nanometarskih dimenzija ija je veliina od 1 do 100 nm. Razlika u

veliini se odraava u razlici fizikih i hemijskih svojstava. Materija usitnjavanjem dobija na

povrini pa u podruju nanodimenzija fizikohemijske osobine povrine dominiraju nad njenim

osobinama u unutranjosti. Primjer ugljikovih nano-cjevica koje imaju ukupnu povrinu od

oko 1, 600m2po gramu sugerira da sa samo 4 grama nano-cjevica dobivamo omjernu povrinu

nogometnog igralita.

Slika 1:

Ukupna povrina 60 000 000 cm2kocke stranice 1 nm

Shodno navedenom, to se povrina materijala poveava to vie materijala iz okoline moe

doi u kontakt sa njim, dakle poveava se reaktivnost. Dananja nauka se bazirala na nivo

nanoveliina kako vjetakih materijala tako i nanomaterijala ivog svijeta, temelj razvoja

biologije. Tu izdvajamo hemoglobin i DNA ( 5,5 nm i 2 nm ). Koritenjem biolokih procesa

su dobivene umjetne nanostrukture, a takoer se upotrebljavaju i hemijski putevi dobijanja

nanostruktura. Tako imamo magnetiti (Fe3O4):

bakterijski proizveden

prisutan u stijenama

Postoji mnogo bakterija koje mogu reducirati metalne jone dodane u mlijene

proizvode, te proizvode nanoestice, a slino djeluju gljivice i virusi.Iako je hemijskim putem

ovjek mnogo sintetizirao nanoestica, to djeluje primitivno u odnosu na prirodne nanoestice

(fotosinteza kao tehnologija konzervacije energije). ovjek nije u mogunosti izazvati visok

nivo transfera energije kao to to radi priroda niti preistiti vodu poput biljke, niti umjetno


4/24



obraditi toliko sklop sloenih informacija poput mozga, nita izazvati dojam poput ljudskog oka

niti napraviti razvijen senzor poput nosa (pas), niti napraviti tako dobar sistem upozorenje koje

nazivamo u prirodi esto ulo, dakle prirodni dodir, miris, okus, sluh i vid su specifino sloeni.

Nanotehnologija sa nanosenzorima eli postii ideal tehnologije, to manje otetiti prirodu,

meutim vidljiv je tetni uticaj trenutne tehnologije na vodu zrak i tlo jer je ukupna tehnologija

daleko od high techkakvu zagovara nanotehnologija.

Tako najbolji ureaj poznat kao solarna elija pretvara samo 16 % dolazne enrgije u

elektrinu. Najbolji motori iskoritavaju 52 %, pri kuhanju se iskoristi treina energija. S druge

strane organizmi ivotinja iskoriste gotovo svu hemijsku energiju, a biljke i baktrerije imaju jo

vei stepen iskoritenja. Nanotehnologija obeava pospjeenje navedenih problema. Kod

poluprovodnika u promjeru 1 do 10 nm ili 10 do 100 atoma u grupi, efekat tog provodnika jeupravo ovisan o vrsti atoma,a ove grupe se nazivaju kvantne take, a predstavljaju

poluprovodnike nanonostrukture iji su nosioci naelektrisanja prostorno ogranieni u sve tri

dimenzije.

Slika 2: Kvantne take

Sistem je sloen ako se posmatra 3D struktura jer je kretanje naelektrisanja slobodno,

pa se javlja elektronski gas, a kod 2D strukture se javlja kvantna jama koja predstavlja

elektronski gas kod 1D su kvantne ice i kod 0D su kvantne take. Navedeno je uzrok diskretnih

energetskih stanja, pa se ove strukture nazivaju i vjetaki atomi. Sutina je da tijelo sa malim

zabranjenim pojasom izgleda crno, logino lake upija zraenje, a tijelo je bijelo pri veem

zabranjenom pojasu ( Eg = 0.5 eV : Eg > 3 eV). Kvantne take su poluprovodnike

nanostrukture koje imaju prostorno ograniene nosioce naelektrisanja u sve tri dimenezije, to

za posljedicu ima da im se osobine razlikuju od osobina makroskopskih provodnika od istog

materijala.


5/24



POECINANOTEHNOLOGIJE

Godine 1981. pronaena je naprava scanning tunneling microscope (STM), koja

detektira slabane struje koje teku izmeu iljaka mikroskopa i uzorka koji se prouava. Tako

se mogu vidjeti estice koje se prouavaju do veliine pojedinanogatoma. Zatim je slijedilo

otkrie atomic force microscope(AFM).

STMskenirajui tunelirajui mikroskop

Slika 3: Scan atoma

STM je jedinstvena tehnika koja daje sliku rasporeda atoma na kristalnoj povrini, u

realnom prostoru. Navedena slika pokazuje povrinu vanadija koja je rekonstruirala u 5x

strukturu pod utjecajem segregiranog kisika. To je jedna od relativno mlaih tehnika, odreujestrukturu povrine na atomskoj skali.

AFMmikroskop atomske sile

Slika 4: Shema AFM


6/24



AFM je naprava namijenjena promatranju povrina, ne nuno vodljivih. Ovo je glavna

prednost AFM-a prema skenirajuem tunelirajuem mikroskopu koji se moe primijeniti za

promatranje iskljuivo vodljivih materijala i njihovih povrina. Za razliku od STM-a, AFM ne

mjeri struju izmeu vrha mikroskopa i uzorka, nego silu koja djeluje meu njima. Sile koje su

vane u ovom sluaju su jaka odbojna sila na malim udaljenostima koja se pojavljuje kao

rezultat preklopa elektronskih gustoa vrha mikroskopa i uzorka i dugodosenaprivlana van

der Waalsova sila. Otri vrh AFM mikroskopapostavljen je okomito nagredumikroskopskih

dimenzija, a mali pomaci grede mjere se ili optiki (koristei laser, interferometrija) ili

elektriki (piezoelektrine metode kad je greda nainjena odpiezoelektrika kao to je kvarc

npr.). Pomak grede proporcionalan je sili koja djeluje izmeu vrha i uzorka. Promjene mjerene

sile kako se vrh mie po povrini snimaju se i ovakva informacija se koristi za rekonstrukciju

slike povrine. AFM funkcionira i izvan visokovakuumskih uvjeta i moe se upotrijebiti za

promatranje biolokih uzoraka. Njime se takoer mogu pomicati atomi ili molekule po povrini

materijala.

METALI I NANOTEHNOLOGIJA

Metali pokazuju neuobiajna svojstva ako se dovedu do veliine ispod100 nm, dolazi do

promjene fizikohemijskih osobina. Nanoestice zlata veliine 20 nm se tope na nioj

temperaturi nego makrozlato. Isti metal veliine 2 i 3 nm vie nije inertan. Srebro se ponaa

slino, te je mnogo reaktivnije, to je osnova za proizvodnju nanosenzora od ovoh materijala.

Na osnovu ovih senzora ovjek se bazirao na dobijanju informacija o svojoj okolini, tako ovjek

nadomjetava svoje nedostatke, bilo individualne ili uroene. Nanotehnologija omoguava

proizvodnju funkcionalnih materijala i ureaja kao i sistema kontrole tvari na atomskom i

molekularnom nivou, te koritenje tako dobijenih novih osobina i fenomena. Nanotehnologija

je minijaturna makrotehnika. Koristi se u :

fizici

medicini

hemiji

biologiji

matematici.

Pribliavanjem nanotehnologije, botehnologije i informacione tehnologije postiu se manje

dimenzije, teina, manja potronja energije, vea osjetljivost i bolja specifinost, korist je

ogromna u nanomedicini, nanobiologiji, nanoelektronici, optici, vlaknima i sl..


7/24



Primjena je u transportu, industriji, komunikaciji, medicini, sigurnosnim sistemimama,

odbranbenim tehnologijama, hemijskoj detekciji..

Posebno su poznate nano-koljke (ljuske) bazirane na ubacivanju nanoestica tzv. plazmoni sa

zlatom koji se koriste za otkrivanje i destrukciju elije raka. Princip se zasniva na propustljivostitumornih krvnih ila, a plazmoni se akumuliraju u tkivu tumora, nastaje sjajna podloga koja se

moe detektovati (IC).

Osobine nanomaterijala

Osobine nanomaterijala koji se koristi pri izvedbi raznih nanosenzora, nama od interesu su :

Visok odnos povrina/ volumen

Optike osobine

Elektrine i elektrohemijske osobine

Fizike osobine

Koncept nanosenzora ovisi od kombinacije gore navedenih taki posebno istraivani

biosenzori se baziraju na bioprepoznavajuoj komponenti (bioreceptora) koji interreagira sa

molekulama analita, reverzibilan sistem. Hemijska informacija postaje elektrini signal koji se

obrauje, analizira i interpretira. Senzitivnost biosenzora determinira pretvara, a selektivnost

i specifinost je odreena bioreceptorom, ovisan od ciljane vrste molekule analita.

PRIMJENA NANOMATERIJALA

a) Kreme za sunanje i kozmetika. Titanov dioksid i cink oksid na nanorazini su prozirni

za vidljivu svjetlost, a odbijaju ili apsorbiraju ultraljubiastu svjetlost.

b) Vlakna za odjeu, madrace, meke igrake sve se vie izrauju na nanorazini. To

omoguuje upravljanje poroznou, a proizvodi mogu biti vodonepropusni, prozrani

ili promjenjeni na nain koji je potreban.

c) Samoistei zahodski prozori i koljke omogueni su jer titan dioksid na nanorazini

odbija vodu i bakterije.

d) Nanokristali od tantal ili titan karbida ve su pronali primjenu u buenju rupa na

matrinim ploama.

e) U EU je 2004. dozvoljena pokusna primjena boje koja apsorbira ultraljubiasto zraenje

kako bi tu energiju iskoristila za pretvaranje azot-oksida iz atmosfere u azotnu kiselinu


8/24



koja se jednostavno opere. Tako se smanjuje zagaenje zraka. Isto tako postoje

antigrafitne boje. 1

f) General Motors(GM) koristi nanomaterijal pomjean s plastikom (nanokompozit) kako

bi smanjio teinu vozila i stim potronju goriva.

g) Katalizatorska svojstva nanomaterijala vrlo su vano podruje. Primjena zeolita u

proiivanju nafte donijela je utedu od 8 milijardi dolara SAD-u.

h)

IBM je uveo novu generaciju PC-ovih tvrdih diskova koji koriste sendvi od materijala

debelih svega nekoliko atoma. 2004. ipovi se ve sastoje od 130 nm irokih struktura

(nanorazina se definira ispod 100 nm). Novi litografski postupci reduciraju dimenzije

na 90 nm (Advanced Micro Devices). Tajvanski UMC ve govori da u 2006. godini

postie 65 nm.

i) Nanoestice sastavljene od kalcijevog fosfata i proteina se koriste kao blokatori u

tankim kanalima zubi kako se ne bi osjeala bol od hladne hrane

PROIZVODNJA NANOMATERIJALA

Pojedini nanomaterijali proizvode se ve niz godina. estice ae, koje su

nanometarskih veliina i rabe se u gumenim pneumaticima, proizvode se vie od stoljea. SiO2

i ostali oksidi (Ti-, Al-, Zr-) proizvode se kao nanomaterijali vie od pola stoljea i rabe kao

tiksotropni agensi u pigmentima i kozmetici. U novijim primjenama dolaze u pracima za

poliranje u industriji mikroelektronike. Proizvodnja novih nanomaterijala za niz razliitih

namjena esto je na laboratorijskoj razini (manje od 10 kg po danu). Primjer su magnetni

materijali za elektrine motore i generatore, pohranu podataka, elektrodni materijali za gorivne

elije te materijali s novim povrinskim svojstvima za boje, prevlake, samoistee prozore,

tekstil postojanih boja i sl. Primjenom nanomaterijala pri detekciji zagaivala u okoliu i

njihovu uklanjanju te u projektiranju iih industrijskih procesa moe se i poboljati stanje uokoliu.

1Te proizvode je ponudila Millennium Chemicals.


9/24



OPASNOST NANOMATERIJALA

Spomenuti materijali mogu izazvati nepoeljne efekte tipa genetske mutacije. Kako je

mogue proizvesti tekstil koji se ne moe isprljati :

Ambalae

Teniske loptice

Prozirne kreme za sunanje i drugi proizvodi.

Vrlo je mogue da estice atomarnih dimenzija, dakle dovoljno male, da bez posebnih

barijera uu u elije plua ili drugih organa i mogu postati potencijalna opasnost najee

nepredvidivih i nedovoljno izuenih posljedica. Jedne od najopasnijih molekula su karbonske

molekule, cjevaste, koje se istrauju kaomogui lijek za rak. Niko u sutini ne zna koliko su temolekule tetne za zdravlje, a pogotovo je neistraeno pitanje moguih efekata interakcije

prirodnih sa vjetakim nanostrukturama.

Shema 1: Putevi ulaska nanoesticai posljedice


10/24



C i nanotehnologija

Fuleren

Fuleren je svaka molekula sastavena iskuivo od ugika, u obliku upe kugle,

elipsoida, ili cijevi. Cjevasti fulereni se nazivaju i ugine nanocijevi. Fulereni su po strukturi

slini grafitu koji se sastoji od slojeva u kojima su molekule ugika spojene u esterokutne

prstenove, to stoga takvu plohu ini ravnom, dok fulereni sadre i peterokutne (a ponekad i

sedmerokutne) prstenove, to im tada daje zakrivenost.

Slika 5: Fuleren - struktura

Prvi fuleren, C60, su otkrili 1985. godine Robert Curl, Harold Kroto i Richard Smalley,

a struktura fulerena je otkrivena 5 godina kasnije. Tom fulerenu je dato ime bakminsterfuleren

u ast Richardu Buckminsteru Fulleru, na ije graevine podsjea molekula fulerena. Od tadasu fulereni otkriveni i u prirodi, iako im je ta pojavnost mala. Fuleren se najvie nalazi u

svemiru, a neki znanstvenici tvrde da je fuleren bio potreban za razvoj ivota na zemlji.2

Otkrie fulerena je jako proirilo broj poznatih ugikovih alotropija,od kojih su do tog otkria

bile poznate samo grafit, dijamant, i amorfni ugik kao aa ili drveni ugen. Najee se

fuleren nalazi u oblicima sa 20, 26, 60 i 70 atoma uglika, ali fuleren moe imati do 100 atoma

2Montreal Biosphre,Buckminster Fuller, 1967


11/24



ugljika. Istraivae fulerena u obliku kugli i cijevi je vrlo intenzivno zbog ihovih jedinstvenih

kemijskih i tehnolokih primjena, posebno u fizici materijala, elektronici i nanotehnologiji.

Od otkria fulerena, fuleren se koristi u raznim znanostima: u medicini (za antibiotike i lijeenje

raka) , u nanotehnologiji (za proizvodnju nanocijevi), u hemiji (razne otopine), u kvantnoj

mehanici...

Postoji vie teorija nastanka fulerena, meu kojima su najpoznatije dvije:

atomi su se slagali jedan po jedan

druga koja tvrdi da je fuleren dio mnogo veestrukture koja se raspala na dijelove.

Grafen

Grafen je dvodimenzionalna ugljikova struktura debljine jednog atoma. Dvojica

znanstvenika Andre Geim i Konstantin Novoselov izdvojili su je 2004. godine iz dijela grafita.

Za izdvajanje su rabili ljepljivu traku i tako prvi put dobili minijaturne fragmente tog materijala.

Grafit debljine jednog milimetra sadri tri milijuna slojeva grafena naslaganih jedan na drugi

koji su meusobno labavo povezani.Grafen je gotovo potpuno proziran, ali je istodobno i toliko

gust da ni najmanji atomi plina ne mogu proi kroz njega. Kao provodnik struje je jednako

dobar kao i bakar. Grafen ima kao materijal izuzetno specifina svojstva. To je veliki kristal,

koji je vrlo vrst sto puta jai od elika a moe se rastegnuti i do 20%.

Slika 6: Prostorna struktura grafena


12/24



Grafen je istovremeno i najtanji i najjai poznati materijal.Otkrie se odmah odrazilo

na brojna druga podruja znanosti, od kvantne fizike do praktine elektronike.

Premda je gotovo providan i dobar je elektrini vodi, grafen je prikladan za izradu

providnih ekrana osjetljivih na dodir, svjetlosnih panela i solarnih elija. Pomijean s plastikom,omoguava izrade laganih i superjakih kompozitnih materijala za sljedeu generaciju satelita,

zrakoplova i automobila.

Grafen nudi fiziarima mogunost za prouavanje dvodimenzionalnih materijala s jedinstvenim

svojstvima i zahvaljujui njemu mogui su eksperimenti koji omoguuju nove uvide u

fenomene kvantne fizike. Oekuje se da e grafenski tranzistori zamijeniti silicijske i omoguiti

izradu jo djelotvornijih raunala.

Grafenski tranzistor mogao bi teoretski raditi bre i na viim temperaturama u odnosu

na klasine silicijske.

Nanocijevi

Ugljikove nanocjevice mogu biti vre od elika,laganije od aluminija i bolji vodii

od bakra. Elektrina svojstva su im tako dobra da ih istraivai vide kao zamjenu za silicijsku

mikroelektroniku. Njihova mogua primjena protee se od ultra-tankih, prozranih i

vodootpornih tkanina pa sve do sjajnih i tankih zaslona za televizore i kompjuterske monitore.

Ipak najvanija je njihova primjena u elektronici. Elektronika industrija bazirana na

nanocjevicama bi mogla sauvati puno onoga to je dobro u postojeoj silicijskoj industriji.

Bez sumnje e nanocjevice biti udesni materijal 21. stoljea.Nanocjevice su strukturno vrlo

sline grafitu, kao jednom od dva kristalna oblika ugljika (drugi je dijamant). Atomi su im

poredani heksagonalno i tvore uzorak poput saa.

Slika 7: Nanocjevica


13/24



Slika 8: Nanocjevica u tranzistoru

Ugljikova nanocijev (carbon nanotube, buckytube) jedan je od najzaslunijih materijala

za veliki interes koji vlada za nanotehnologiju. Nanocijevi su izgraene od samo atoma ugljika

koji su rasporeeni u esterokutnu ravnu mreu koja u vorovima ima atome. Mrea je savijena

u siunu cijev. Cijevi mogu imati jednu ili vie stijenki, mogu biti usukane ili ravne, mogu biti

odlini vodii ili poluvodii.

Takva struktura ima sljedea svojstva:

Veliina:promjer 0,6 do 1,8 nm

Gustoa:1,33 do 1,40 g/cm3.

vrstoa na istezanje:najmanje 10 puta vea od vrstoe legiranog elika

vrstoa na pritisak:dva reda veliine vea nego kod dosad najvrih vlakana kevlara

Tvrdoa:prosjeno oko 2000 Gpa, to je dva puta vie od dijamanta

Elastinost:mnogo vea nego kod metala ili ugljinih vlakana

Toplinska vodljivost:predvia se da je vea od 6000W/mK (dijamant 3320W/m K)

Temperaturna stabilnost: u vakuumu do 2800C, a u zraku do 750C (metalni vodovi u

ipovima tale se izmeu 600 i 1000 C)

Vodljivost struje:procjenjuje se na 1 mrd A/cm2 (bakrena ica izgori pri 1 mln)

Cijena: 1500 USD po gramu u 2000.g. (zlato u isto vrijeme 10 USD/g)


14/24



DNA biosenzori

Bit ovog biosenzora je u tomde da se kao bioprepoznavajui sloj koristi ssDNA ili dsDNA,

ovisno o tome u koju svrhu se koristi, a moe biti koritena tehnika za:

-

detekciju hibridizacije

- detekciju interakcije DNA-lijek

Tehnika ovisi od pH, temperature i ionske sile. Na ssDNA se nagradi komplementarna DNA ili

samo segment i pretvara se u elektrini signal, a moe se proces i modifikovati te da se mjeri

signal oteenja dsDNA sa dejstvom lijeka ili nekog razarajueg agensa.

Detekcije bazirane na primjeni nanocjevica ugljika

Neke od detekcionih metoda su odreivanje:

- holesterola upotrebom holesterol oksidaze

- fruktoze upotrebom fruktoza dehidrogenaze

-

laktoze uz laktat oksidazu

- fenol i katehol uz fenol oksidazu

- alkohol biosenzor uz alkohol dehidrogenazu

Biosenzori bez reagensa bazirani na n-esticama

Kriterij bezreagensni je jedan od najstroijih za razvoj biosenzora. Meutim biosenzori

bazirani na nanoesticama su dostigli tajnivo da mogu funkcionirati bez reagensa. Prednosti

bezreagensnih biosenzora su smanjena potreba kalibriranja i poveana reproduktivnost. Sa

stanovita razvoja, koncept bezreagensnih biosenzora se moe primijeniti na razliite optike,

elektrohemijske i magnetske metode detekcije.


15/24



Lamborghini s kompozitnim dijelovima ojaanima ugljikovim vlaknima

Vrlo perspektivno podruje razvoja osobnih vozila je pravljenje kompozitnih dijelova

ojaanih ugljikovim vlaknima. Na sajmu u Parizu takvo je vozilo prikazala talijanska tvrtka

Lamborghini, a razvila ga je zajedno s Advanced Composites Research Center (Bologna),

Advanced Composite Structure Laboratory (Seattle) te u kooperaciji s Washington University

i Boeingom. Automobil omoguuje jednostavniju vonju, energijsku uinkovitost i nie

optereenje okolia.

Slika 9: Lamborghini s kompozitnim dijelovima ojaanima ugljikovim vlaknima

Sutina proizvodnje je legiranje metala to za posljedicu ima postizanje i do tri puta veetvrdoe. Aproksimacija navedenog se moe postii sljedeim crteom:

Slika 10: Struktura metala na nanorazini


16/24



NANOPORE

Nanopora je metal nano-veliine sa heterostrukturom koja se sama spaja u monosloj.

Nanopore su stabilne i mogu se unijeti u kriogene sustave na razliitim temperaturama.

Elektronska litografija da bi se s prednje strane membrane otvorila nanopora

Probijanje kroz silicij i oksidacija za rast silicij-dioksida sa strana.

Fotolitografija za otvaranje stranjeg prozora

Postupak rasta membrana od silicijevog nitrata


17/24



VJEBEI. Amperometrijska detekcija H2O2 sa modificiranom karbon-pasta

elektrodom

Metoda se zasniva na primjeni troelektrodnog sistema:

-

Ag / AgCl (referentna elektroda)

- Pt elektroda (protuelektroda, zatvara strujni krug)

- Radna elektroda (senzor ploica, koja moe biti razliitog sastava)

Stabilizacija metode je vrena pri potencijalu 0, 44 V u trajanju 3000 s. Samom mjerenju

smetaju mjehurii. U rastvoru u kome su elektrodeje fosfatni pufer 7,5 (fizioloki je 7,4) i onda

se dodaje H2O2, (te se ukljui protok uzorka, koji je kontinuiran, ako se pak koristi HPLC).

Osjetljivost instrumenta je je do nanoampera, odlian je za preliminarna ispitivanja. Za

detekciju H2O2 se koristi biosenzor, kao za glukozu, kao to pokazuje slijedea reakcija, a

biosenzor se zasniva na inkorporaciji glukoza-oksidaze kao biokomponente i MnO2 kao

medijator za karbon pastu printanu ili karbon pastu elektrodu. Reakcije koje se odvijaju su:

Kao rezultat se dobiju stepenasti grafik [1].

II. Amperometrijski senzor za L- askorbinsku kiselinu

Metoda se zasnica na koritenju MnO2modificiranu printanu elektrodu u troelektnodnom

sistemu. Koritena je metoda sa HPLC koji gura kontinuirano uzorak kroz sistem, odnosno

pufer, a uzorak se insertuje i samo ukljui u protok bez prekida, a sam rezultat je tapiasti

grafik [2]. Radna elektroda je u obliku print elektrode, a istih svojstava kao i opisana u

prethodnoj vjebi, daje linearno ovisan odziv od koncentracije, ostale elektrode su iste.

Senzorna elektroda je jako stabilna i pri pH 5, a sastav joj je MnO2+ karbon pasta. Koriteni

1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0

-5-0.400x10

-5-0.350x10

-5-0.300x10

-5-0.250x10

-5-0.200x10

-5-0.150x10

-5-0.100x10

-5-0.050x10

0

-50.050x10

t/s

i/A


18/24



potencijal je 44 V, vrijeme trajanja stabilizacije je 4000 s, pri podeenom protoku 0, 2 mL/min.

Kao uzorak za ispitivanje je koritennatrijum L askorbat.

Reakcija:

III. Amperometrijska detekcija uzorka sa modificiranom karbonpastaiprint

elektrodom

Principi metoda su opisani u prethodnim vjebama. Kao modifikator za elektrodu karbon

pastu je sama banana, inei tako biosenzor.

Osnovna reakcija je:

tirozinaza

+ O2 ---------------> + H2O

Dopamin Dopamin kinon

0 2 50 5 00 7 50 1 00 0 1 2 50 1 50 0 1 7 50

-5-0.250x10

-5-0.225x10

-5-0.200x10

-5-0.175x10

-5-0.150x10

-5-0.125x10

-5-0.100x10

-5-0.075x10

t/s

i/A


19/24



Postupak:

Uzorak piva se naspe u au, zatim se provodi argon kroz pivokako bi se uklonio rastvoreni O2

i CO2.

Radna elektroda se pripremi mijeanjem parafinskog ulja, ugljika i banane kao modifikatora,

inei tako jako osjetljiv senzor, odnosno, elektrohemijski biosenzor koji sadri enzim polifenol

oksidazu, a on katalizuje oksidaciju polifenola kao antioksidansa.Navedeni biosenzor se moe

testirati sa kateholom iz piva. Troelektrodni sistem se potopi u fosfatni pufer pH 7,5:

- Senzor elektroda (modifikovana)

- Protuelektroda od Pt

-

Referentna elektroda Ag / Agcl

Koriteni radi potencijal je od 0,8 V, vrijeme stabilizacije metode 5000 s, a metoda

hronoamperometrija.

U au se doda dopamin + pufer da izazove skok, odnosno amperometrijski odziv na receptoru,

te dobijamo slijedei grafik:

[1]

Isti uzorak je koriten za HPLC pumbu, sa senzorskom elektrodom koju smo sami napravili.

Koliine insertovanih uzoraka su: 100, 50, 50, 10, 100 L.

100 200 300 400 500 600 700 800

-5-0.400x10

-5-0.350x10

-5-0.300x10

-5-0.250x10

-5-0.200x10

-5-0.150x10

-5-0.100x10

-5-0.050x10

0

-50.050x10

t / s

i/A


20/24



Dobijeni rezultat je:

[2]

Sa grafika se uoava jedan nepotrebni pik, pik koji potie od pozadinske struje, dakle smetnje,

a moe se mimoii uz due vrijeme stabilizacije metode, koritenje iih hemikalija i obratiti

panju na pojavu mjehuria, koji smetaju procesu.

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750

-5-0.250x10

-5-0.225x10

-5-0.200x10

-5-0.175x10

-5-0.150x10

-5-0.125x10

-5-0.100x10

-5-0.075x10

t / s

i/A


21/24



ZAKLJUAK

Sadanji konstrukcijski pristupi koritenju malih molekula za izradu elektronikih

digitalnih logikih struktura mogu se svrstati u dvije kategorije:

- oni koji se oslanjaju na male elektrine struje za prijenos i procesuiranje informacija,

- oni koji se oslanjaju na deformaciju molekularno elektronike gustoe naboja za

prijenos i procesuiranje informacija.

Mogui problemi i ogranienja kako ih danas vidimo predstavljaju izazov dananjim

tehnolozima, a bit e moda jednog dana svladana. Za to e biti zasluni i tehnolozi, koji e

nai optimalu primjenu molekularnih sklopova na ekonomski isplativim naelima, ali i sa

karakteristikama znatno boljim od onih to ih prua konvencionalna tehnologija.

Biosenzori su iznimno mali, oni za svoje funkcioniranje koriste neusporedivo manje

energije ili je crpe iz okoline u kojoj djeluju. Upravo njihove minijaturne dimenzije omoguuju

postavljanje ili instaliranje nanosenzora u iznimno irokom rasponu primjena, od povrina

zidova i velikih konstrukcija, metalnih ploha, pa sve do ljudskog organizma.

Slika 11: Nanosenzor u slubi upravljanja vidom nekih funkcija receptora


22/24



LITERATURA:

I. E. Turkui- V. Milievi S. Bai V. Amidi Department of Chemistry, Faculty

of Science, University of Sarajevo Amperometric sensor for L-ascorbic acid

determination based on MnO2bulk modified screen printed electrode

II. E. Turkui- J. Kalcher E. Kahrovi Nugussie W. Beyene H. Moderegger E.

Sofi S. Begi K. Kalcher - Department of Chemistry, Faculty of Science,

University of SarajevoAmperometric determination of bonded glukose with an MnO2

and glukoze oxidase bulk-modified screen-printed electrode using flow-injection

analysis

III. Emir Turkui UVOD U HEMIJSKE SENZORE I BIOSENZOREstr. (199-215)

IV.

www.nano-gov.com

V.

Theodore L. Brown, Chemisjtry: the central science, Twelfth Edition, Pearson Prentice

Hall, 2012

VI. Challa S. S. R. Kumar, Nanomaterials for Biosenzors, WILEY-VCH, 2007.

VII. PelagiaIrene (Perena) Gouma, Nanomaterials for Chemical Sensors and

Biotechnology, Pan Stanford Publishing Pte. Ltd. 2010.
http://www.nano-gov.com/http://www.nano-gov.com/


23/24



Sadraj:UVOD ........................................................................................................................................ 2

GLAVNI DIO ............................................................................................................................ 3

OSNOVNI POJMOVI ............................................................................................................ 3

POECI NANOTEHNOLOGIJE.......................................................................................... 5

STMskenirajui tunelirajui mikroskop.......................................................................... 5

AFMmikroskop atomske sile .......................................................................................... 5

METALI I NANOTEHNOLOGIJA ....................................................................................... 6

Osobine nanomaterijala ...................................................................................................... 7

PRIMJENA NANOMATERIJALA ....................................................................................... 7

PROIZVODNJA NANOMATERIJALA ............................................................................... 8

OPASNOST NANOMATERIJALA ...................................................................................... 9

C i nanotehnologija ............................................................................................................... 10

Fuleren .............................................................................................................................. 10

Grafen ............................................................................................................................... 11

Nanocijevi ......................................................................................................................... 12

DNA biosenzori ................................................................................................................ 14

Detekcije bazirane na primjeni nanocjevica ugljika....................................................... 14

Biosenzori bez reagensa bazirani na n-esticama............................................................. 14

Lamborghini s kompozitnim dijelovima ojaanima ugljikovim vlaknima....................... 15

NANOPORE ........................................................................................................................ 16

VJEBE ................................................................................................................................... 17

I. Amperometrijska detekcija H2O2 sa modificiranom karbon-pasta elektrodom ............ 17

II. Amperometrijski senzor za L- askorbinsku kiselinu ..................................................... 17

III. Amperometrijska detekcija uzorka sa modificiranom karbonpastaiprint elektrodom

18

ZAKLJUAK.......................................................................................................................... 21

LITERATURA: ........................................................................................................................ 22


24/24


Komentar:

Documents

Nanosenzori i Nanotehnologije,Seminarski,Halilović