Transcript Opallo-s10

Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie - Rozwój i komercjalizacja
nowej generacji urządzeń diagnostyki molekularnej opartych o nowe polskie przyrządy półprzewodnikowe
17. Opracowanie podstaw działania sensorów na bazie bioogniw i fotoogniw
Elektrody modyfikowane nanomateriałami i
enzymami jako potencjalne elektrody
bioogniw i bioczujników
15.11.2011
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Co zrobiliśmy
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Nowe materiały elektrodowe
oparte na nanocząstkach i nanorurkach
• Elektrody modyfikowane nanocząstkami węgla osadzonymi w
polikrzemianie i miedziowymi oksydoreduktazami
• Ceramiczne elektrody węglowe modyfikowane nanocząstkami węgla i
oksydazą bilirubiny
• Elektrody modyfikowane nanocząstkami ITO i oksydazą bilirubiny
• Elektrody wielowarstwowe otrzymane metodą warstwa-po-warstwie z
nanocząstek węgla, złota i submikrocząstek polikrzemianowych
• Elektrody modyfikowane wielo- i jednościennymi nanorurkami
węglowymi osadzonymi w polikrzemianie i miedziowymi
oksydoreduktazami
Zastosowanie
• biokatody do ogniwa O2-Zn
• selektywne oznaczanie dopaminy
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Elektrody modyfikowane nanocząstkami węgla osadzonymi w polikrzemianie
i miedziowymi oksydoreduktazami
SEM
d = 8 nm
Emperor 2000 (Cabot)
CNPs + TMOS (lub MTMOS) zol
Lakaza + TMOS
BOx + MTMOS
Ar
Air
O2
K. Szot et.al. Electrochim. Acta 54 (2009) 4620
W. Nogala et.al. Electrochim. Acta 55 (2010) 5719
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Ceramiczne elektrody węglowe modyfikowane nanocząstkami węgla i
oksydazą bilirubiny (1)
CNPs + TMOS (lub MTMOS) zol
AFM
Po adsorpcji oksydazy bilirubiny
W. Nogala, et.al. Electrochim. Acta 55 (2010) 5719
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Ceramiczne elektrody węglowe modyfikowane nanocząstkami węgla i
oksydazą bilirubiny (2)
CCE + BOx
CCE + BOx
Air
Ar
Air
O2
W. Nogala, et.al. Electrochim. Acta 55 (2010) 5719
CCE + CNPs
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Elektrody modyfikowane nanocząstkami ITO i oksydazą bilirubiny
XPS
AFM
ITO
ITO|BOx
E. Rozniecka, et.al. Electrochim. Acta 56 (2011) 7839
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Elektrody wielowarstwowe otrzymane metodą warstwa-po-warstwie
z nanocząstek węgla, złota i submikrocząstek polikrzemianowych
100-300 nm
d = 8 nm
d = 6 nm
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Elektrody wielowarstwowe otrzymane metodą warstwa-po-warstwie z
nanocząstek węgla i submikrocząstek polikrzemianowych
K. Szot et al. Electrochim. Acta in press
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Elektrody wielowarstwowe otrzymane metodą warstwa-po-warstwie
z nanocząstek węgla
Bioelektrokataliza (BOx) redukcji tlenu
woltametria oksydazy glukozy
j / A cm-2
450
1
10
5
300
150
0
-150
-450
-0.75
K. Szot et.al. Electrochem. Commun. 12 (2010) 737.
0.03
v / V s-1
0.06
0.09
100
ip / A
-300
3
0.00
200
0
-100
-200
-0.60
-0.45
-0.30
E / V vs Ag/AgCl
-0.15
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Elektrody wielowarstwowe otrzymane metodą warstwa-po-warstwie
z nanocząstek złota
Powierzchniowy rezonans plazmonowy
Elektrokataliza utleniania glukozy
A. Celebanska et.al. Electrochem. Commun. 13 (2011) 1170
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Elektrody modyfikowane wielo- i jednościennymi nanorurkami węglowymi
osadzonymi w polikrzemianie i miedziowymi oksydoreduktazami (1)
SWCNTs
SWCNTs
M. Jonsson-Niedziółka et. Al.., Electrochim. Acta 55 (2010) 8744
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Elektrody modyfikowane wielo- i jednościennymi nanorurkami węglowymi
osadzonymi w polikrzemianie i miedziowymi oksydoreduktazami (2)
500 nm
M. Jonsson-Niedziółka et. Al.., Electrochim. Acta 55 (2010) 8744
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
biokatody do ogniwa O2 - Zn
1.6
80
1.6
80
1.2
60
1.2
60
0.8
40
0.8
40
0.4
20
0.4
1.6
80
1.2
60
40
0.8
20
20
0.4
0.0
0
50
100 150
j /  A cm-2
200
0
250
1.34 V
67.1 μW cm-2 przy 0.54 V
0.0
0
0
40
80
120
-2
j /  A cm
160
1.29 V
47.0 μW cm-2 przy 0.47 V
0
50
100
150
j /  A cm-2
200
0
250
1.25 V
66 μW cm-2 przy 0.33 V
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Power density /  W cm-2
E/V
Sztuczne serum, O2
Selektywne oznaczanie dopaminy
MeOH
ACN
Czułość 10-7 mol dm-3
Substancje przeszkadzające 10-3 mol dm-3
A. Celebanska et.al. Biosens. Bioelectron. 26 (2011) 4417
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Statystyka
•
8 publikacji (Electrochemistry Communications, Electrochimica Acta,
Biosensors Bioelectronics)
•
4 krajowe zgłoszenia patentowe
•
2 wyróżnione rozprawy doktorskie (W. Nogala, A. Leśniewski, IChF)
•
1 praca magisterska (A. Celebańska WCh UW)
•
1 licencjat (D. Tomaszewska UKSW)
•
4 praktyki wakacyjne
•
Publikacja K. Szot i inni (Electrochimica Acta 2009) nagrodzona Oronzio and
Niccolò De Nora Foundation Young Author Prize (ISE) oraz III nagroda na
konkursie publikacji IChF 2009
•
Publikacja W. Nogala, A Celebańska i inni (Electrochimica Acta 2010) III
nagroda na konkursie publikacji IChF 2010
•
Praca magisterska A. Celebańska III nagroda w konkursie HASCO-LEK 2010
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Współpraca
•
IChF PAN Zespoły: Fiałkowski, Garstecki, Hołyst, Jabłoński, Kutner,
Pietraszkiewicz
•
Rogalski – UMCS, Marken – Bath UK, Wittstock – Oldenburg (Germany)
•
Amano Enzyme, Cabot Corp.
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Co mamy jeszcze
zamiar zrobić
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Nowe materiały elektrodowe
oparte na nanocząstkach i nanorurkach
• Konstrukcja układów mikroprzepływowych z elektrodami
modyfikowanymi nanocząstkami węgla
• Elektrody modyfikowane nanorurkami TiO2 i barwnikami
• …
• …
Zastosowanie
• Fotobioogniwo glukozowo-tlenowe
• Samonapędzający się czujnik oparty na bioogniwie paliwowym
• Elektrochemiczne oznaczanie neuroprzekaźników w warunkach
stacjonarnych i mikroprzepływie
• Reakcje bioelektrokatalityczne w zawiesinie nanocząstek węgla – w
poszukiwaniu pojedynczych zjawisk elektrochemicznych
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN
Dziekuję za uwagę!
Instytut
Chemii
Fizycznej
PAN