Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
с ИСПТ детальнее других изучались мембраны, чувствительные к ионам калия
и кальция. Калийселективная мембрана в поливинилхлоридной матрице,
высокопластифицированной диоктиладипатом по методике Банда и других [17],
содержит ионофор валиномицин. В кальцийселективной мембране роль ионофора
выполняет и-(1,1,3,3-тетраметилбутил)фенилфосфорная кислота, находящаяся
в аналогичной пластифицированной поливинилхлоридной матрице [18]. На рис.
26.15 представлена типичная кривая выходного сигнала ИСПТ с такими
мембранами [19].
26.5.2.3. Гетерогенные мембраны. Гетерогенные мембраны впервые были
разработаны Пунгором [20]; они особенно интересны с точки зрения
использования в ИСПТ, поскольку их изготовление не связано с трудностями,
типичными для твердотельных мембран. В общем случае гетерогенная мембрана
состоит из полупроводникового электродного материала, обычно
малорастворимой неорганической соли в виде тонко-измельченного порошка,
иммобилизованного в полимерной матрице. Ширамицу и
26*
404
Глава 26
-lg а
Рис. 26.15. Выходные сигналы кальций- и калийселективпого ИСПТ с
полимерными ионоселективными мембранами (по данным [19]).
другие [21] описали ИСПТ с гетерогенными мембранами, чувствительными к
хлорид-, иодид- и цианид-ионам, на основе солей серебра в эластомере -
полифторированном фосфазине (ПФФ). Хлоридселективные мембраны изготовляли
из порошкообразного хлорида серебра и ПФФ в отношении 3:1 (по массе);
лучшими характеристиками
-Lg а
Рис. 26.16. Выходные сигналы хлорид-, иодид- и цианидселек-тивного ИСПТ с
гетерогенными мембранами (по данным [22]).
Химически чувствительные полевые транзисторы
405
обладает мембрана на основе смеси хлорида и сульфида серебра (4:1).
Гетерогенная мембрана, чувствительная одновременно к иодид- и цианид-
ионам, построена из смеси 75% иодида серебра и 25% сульфида серебра и
ПФФ. Выходные сигналы различных ИСПТ такого типа представлены на рис.
26.16; здесь символами С1" и С1ь обозначены сигналы ИСПТ с мембранами,
содержащими смесь AgCl и Ag2S и только AgCl соответственно.
26.5.3. Временные характеристики
Одно из основных преимуществ ИСПТ связано с тем, что в нем in situ
осуществляется трансформация полного сопротивления, благодаря чему
отпадает необходимость в электрических соединениях между мембраной и
усилителем и тем самым устраняется паразитная емкость таких соединений.
Следовательно, постоянная времени А С-цеп и в случае выходного сигнала
ИСПТ должна быть значительно меньше, чем в случае обычных ИСЭ. Макбрайд и
другие [19] сообщали о результатах измерения электрических и химических
временных характеристик твердотельных pH-чувствительных мембран на основе
Si3N4 и кальций-чувствительных полимерных мембран (рис. 26.17).
Электрические временные характеристики определяли, прикладывая к
электроду сравнения квадратно-волновое напряжение и измеряя ток стока.
Химические временные характеристики определяли, вводя с помощью шприца
через мембрану раствор, содержащий высокую концентрацию изучаемого иона.
Оказалось, что полимерная мембрана медленнее реагирует на изменение
напряжения в силу динамических ограничений, свойственных связанной с
затвором мембране. Замедленный отклик на изменение концентрации иона (по
сравнению с откликом на изменение напряжения) свидетельствует о том, что
время отклика лимитируется диффузионным слоем на границе раздела
мембрана-раствор. Отсюда следует, что
Чистый. S13N4
i
ЮмкА 5мкс
i
/ \
/ \
\
Са2*- мембрана
Юмю +20ж
/
/
а: Электрические временные характеристики
Рис. 26.17. Временные характеристики ИСПТ с рН-чув-ствительной мембраной
из нитрида кремния и кальций-селективной мембраной (по данным [19]).
ЮлтА -^ZOmc
Юмк/ -*-Z0mc
г
Г
1
б: Химические временные характеристики
406
Глава 26
химические временные характеристики ИСПТ и ИСЭ должны быть примерно
одинаковыми.
26.5.4. ИСПТ с висящей сеткой
Эксплуатация ИСПТ с полимерными ионоселективными мембранами часто
затрудняется из-за низкой адгезии мембраны к поверхности сенсора. В
обычных ИСЭ мембрана механически укрепляется на одном конце трубки и
вопрос об адгезии вообще не возникает. Напротив, в ИСПТ мембрана
наносится на поверхность затвора сенсора и должна удерживаться на этой
поверхности в силу физической или химической адгезии. В различных
лабораториях по-разному пытались решить эту проблему, например путем
нанесения мембраны на большую площадь сенсора или с помощью
поливинилхлоридного якорного кольца, укрепленного в герметике по
периметру затвора [23], или посредством изменения химического состава
мембраны даже в ущерб ее электрохимическим характеристикам.
Низкая адгезия мембраны приводит к ее постепенному отделению от герметика
