Nanopipetta-alapú érzékelők nanorészecskék számlálására
A nanoszerkezeteken alapuló meghatározásokat a bioanalitika legérzékenyebb módszerei között tartják számon, sok esetben ugyanis lehetővé teszik az érzékelési folyamat molekuláris szintű kontrollját, és akár egyetlen molekula1 detektálásához szükséges érzékenységet. Ilyen tulajdonságokkal bírnak a nanopórusos érzékelők is,2, 3 amelyek kifejlesztését a sejtmembránba ágyazott ioncsatornák működési mechanizmusa inspirálta. A nanopórusos érzékelés egyik legperspektivikusabb területét a biológiai és szintetikus eredetű nanorészecskék meghatározása képezi. Ezen a területen munkám célkitűzése olyan szintetikus nanopórusok előállítása volt, amelyek alkalmasak nanorészecskék méretének és koncentrációjának meghatározására. Ennek érdekében kvarc kapillárisokból mikro- és nanopipettákat állítottam elő, amelyek egyetlen, kónusz-alakú pórust tartalmaztak. A javasolt eljárással igény szerinti méretben, páratlan egyszerűséggel és költséghatékonysággal állíthatók elő nanopórus érzékelők. Ezek kialakításához 200 nm és 6 µm közötti átmérőjű kvarcpipettákat készítettem, amelyeket elektrolittal töltöttem fel és egy Ag/AgCl referencia elektródot tartalmazó pipetta befogóba illesztettem. A számlálási kísérleteknél a pipettákat a mintaoldatba merítettem, majd a minta- és belső oldatba merülő referencia elektródok között, konstans feszültség mellett, a póruson átfolyó áramot mértem. A póruson áthaladó nanorészecskék a térfogatukkal megegyező, nagy vezetésű elektrolitot kiszorítva a pórusból tranziens pórusellenállás növekedést, karakterisztikus áram pulzusokat eredményeztek. Ezeknek a pulzusoknak a frekvenciája a részecske koncentrációval, míg az amplitúdójuk a részecskék méretével volt arányos. Kísérleteimben úgy találtam, hogy a részecskeszámlálás leghatékonyabb módja, hogy hidrosztatikai nyomáskülönbség alkalmazásával áramoltassam a nanorészecskéket tartalmazó oldatot a póruson keresztül. Amennyiben a nanorészecskék felületi töltéssel rendelkeznek, a számlálási frekvenciát nagyban befolyásolta az alkalmazott feszültség polaritása és nagysága is. Ezeket a tendenciákat vizsgáltam különböző méretű gömb alakú nanorészecskékkel megfelelő méretű pórusokat alkalmazva. A részecskeszámlálás legkritikusabb problémája - a nanorészecskék aggregációja a pórus környezetében - elkerülése végett optimáltam a számlálás kísérleti körülményeit.
Összefoglalásként, kidolgoztam az első nanopipetta alapú számlálókat és eljárásokat, amelyek lehetőséget adtak gömb alakú polimer részecskék mennyiségi meghatározására 60 nm és 2 µm-es átmérő között, továbbá akár egymástól kevéssé eltérő méretű nanorészecskék megkülönböztetésére az áram pulzusok amplitúdói és időtartamai alapján.
1. L. Höfler and R. E. Gyurcsányi, Analytica Chimica Acta, 2012, 722, 119-126.
2. G. Jágerszki, Á. Takács, I. Bitter and R. E. Gyurcsányi, Angewandte Chemie-International Edition, 2011, 50, 1656-1659.
3. R. E. Gyurcsányi, Trac-Trends in Analytical Chemistry, 2008, 27, 627-639
szerző
-
Terejánszky István Péter
vegyészmérnöki
nappali
konzulens
-
Dr. Gyurcsányi Róbert
tanszékvezető, egyetemi docens, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék
