Проекты

Создание медных наноструктурированных сенсоров для амперметрического определения глюкозы в водных растворах

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Нанотехнологии» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Нанотехнология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1329
Предметы: Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

Актуальность работы заключается в разработке новых высокоэффективных сенсоров для амперометрического количественного определения глюкозы в водных растворах.

Амперометрические сенсоры на основе наноструктурированных материалов позволяют значительно расширить область применения электрохимических методов анализа, а также способствуют появлению более эффективных и экономически доступных инструментальных методов анализа.

Цель

Создание и испытание медных наноструктурированных сенсоров для количественного определения глюкозы в водных растворах методом вольтамперометрии

Задачи

1.   Изготовление медных наноструктурированных сенсоров с различной морфологией рабочей поверхности

2.   Исследование электрохимических свойств созданных сенсоров

3.   Исследование электрохимических свойств плоских медных электродов и сравнение их свойств с электрохимическими свойствами созданных сенсоров

4.   Постановка методики определения концентрации глюкозы в водных растворах

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Весы электронные ГОСМЕТР ВЛ-210
  • рН-метр-иономер Эксперт 001
  • рН электрод стеклянный ЭСК-10601/7
  • источник постоянного тока 0-300 В, до 10 А (Suntek)
  • вольтамперометрический анализатор модели Экотест–ВА (Эконикс-Эксперт)
  • компьютер
  • магнитная мешалка «РИТМ-01» (Эконикс-Эксперт)
  • штатив для электродов
  • хлорид серебряный электрод сравнения ЭСр-10103 (Гомель)
  • платиновый вспомогательный электрод ЭПЛ-02 (Гомель)
  • мерные колбы стеклянные на 500 см3 и 100 см3
  • пипетка-дозатор со сменными колпачками на 1 см3
  • стеклянные стаканчики на 50 см3
  • стеклянная пипетка Мора на 25 см3 без делений
  • резиновая груша

Описание

Сначала автор получил медные наноструктурированные электроды методом электрохимического осаждения на поверхность алюминиевой наноперфорированной матрицы.

С этими электродами были записаны циклические вольтамперограммы в щелочном фоновом электролите. В области потенциалов от 300 до 700 мВ на катодной ветви ЦВА наноструктурированного медного электрода наблюдается значительное увеличение и уширение волны, что позволяет использовать данный электрод для электрохимического определения глюкозы. Было выяснено, что лучше всего глюкоза на медном электроде окисляется при потенциале 550 мВ. Была построена калибровочная зависимость для глюкозы, измеряемая в хроноамперометрическом режиме. Методика позволяет определять глюкозу в водных растворах в диапазоне от 0,25 ммоль/л до 25 ммоль/л.

Результаты работы/выводы

1. Изготовлены медные наноструктурированные сенсоры с различной морфологией рабочей поверхности.

2. Исследованы электрохимические свойства созданных сенсоров.

3. Проведены исследования влияния наноструктурирования рабочей поверхности на электрохимическое поведение сенсоров на примере медного амперометрического датчика.

4. Проведены исследования электрохимических свойств плоских медных электродов и сравнение их свойств с электрохимическими свойствами созданных сенсоров.

5. Выполнена постановка методики определения концентрации глюкозы в водных растворах.

Перспективы использования результатов работы

Как показано, в сравнении с обычным медным электродом наноструктурированные электроды намного более чувствительны и точны. На основании работы можно сделать вывод о том, что созданные сенсоры улучшат качество определения глюкозы в крови и других биологических объектах. В будущем тест-полоски с такими сенсорами могут заменить тест-полоски с ферментными матрицами.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РТУ МИРЭА, Детский технопарк «Альтаир»