Молекулярний аналіз тонких плівок різної природи на основі спектроскопії поверхневих плазмонів

Photodoping process in the thin film structures metal/chalcogenide vitreous semiconductor (AgAs2S3), electro-polymerization mechanism of the polyaniline (PANI) films and formation mechanism of the fibrinogen (FB) molecular films on gold film surfaces were investigated by means of the surface plasmon resonance (SPR) technique based on prism excitation and mechanical scanning of incidence light angle in aggregate with atomic force microscopy (Nanoscope IIIa Dimension 3000).Optical parameters (refractive index, extinction coefficient, thickness) for multilayer systems AgAs2S3 and Au-PANI were determined from the SPR resonance curve analysis based on Fresnel formulas with mathematical formalism Jones scattering matrix as well as special fitting procedure for the experimental and calculated curves with use of the objective function minimization method. For mathematical description of process in the composite material Bruggeman relation was applied. Established is the formation of Ag2S thin intermediate layer (about 0,7–1 nm) during the fabrication of Ag-As2S3 structure which remain invariable their thickness and optical constant under the ultraviolet radiation influence. Suggested is the model of formation of electro-polymerized poly-aniline films — sensitive elements for gas sensors in which the fracture of the main substance is decreased with the thickness growth, which can be explained by the alternating process of fastening free ends of polymer chains together with increasing their length.Features of the FB molecular films formation, at the different concentration (9,3–300 mg/ml) of the protein in phosphate buffer (mm 7,4), were studied based on SPR kinetic curve, when the adsorption of three proteins, FB, its DD- and E-fragments and subsequent their adlayers interactions with monoclonal antibodies against different epitops in native molecules, that were going on the gold film surfaces. Displayed is the formation of the continuous film at the 73 Mg/ml concentration in buffer is visualized, during irreversible adsorption the alteration of the FB molecule structure in the sphere of its D-fragment take place, and the local self-assembling process leads to formation of the special molecular arrangement in biofilm, consist of three overlap FB molecules, where approximately 50 M of total adsorbed molecules which retain their biofunctional properties.Досліджено процеси формування та структуру тонких плівок халькогенідного склоподібного напівпровідника As2S3, полімеру поліаніліну (ПАНІ) та білка фібриногену (ФБ) на поверхні плівок благородних металів (Ag, Au) з використанням методики призмового збудження поверхневого плазмонного резонансу (ППР) у поєднанні з атомно-силовою мікроскопією. Оптичні параметри шарів As2S3 та ПАНІ визначено при підганянні експериментальних і розрахованих резонансних кривих ППР методом мінімізації цільової функції. Властивості плівок ФБ, що отримані з розчину білка у фосфатному буфері при різних концент-раціях (9,3–300 muг/мл), вивчено на основі аналізу кінетичних ППР-кривих адсорбції ФБ і його DD- і E-фрагментів з наступним зондуванням моноклональними антитілами

Молекулярна діагностика на основі кутової спектроскопії поверхневих плазмонів

With the purpose to reliably detect specific antibodies against the Epstein–Barr virus (EBV) and cardiovascular system molecular markers (myoglobin and fibrinogen) levels in the buffer solutions, human blood plasma and serum, it has been analyzed some techniques for protein immobilization from immune pair (antibody, antigen) onto the gold surface, as well as for increasing of sensor device («Plasmon» series instrument) sensitivity, stability and productivity, which based on surface plasmon angular spectroscopy with prism excitation.Immobilization of the EBV proteins was performed within the protective-orienting coating — three-dimensional structure of the polysaccharide dextran hydrogel deposited onto the gold film surface on glass substrate, the remaining free sites were blocked with bovine serum albumin molecules (1% BSA) to prevent non-specific interaction, and test the human blood serum from patient with EBV infection under 1:100 delusion in citrate buffer. For oriented attaching of monoclonal antibodies of  mouse against the human myoglobin on the surface of gold protein A Staphylococcus aureus conjugate was used, and carry out investigation in human blood serum without delusion. The procedure of formation of am inorganic buffer layer on the surface of a chip for the site-oriented immobilization of biological receptors with the use of the step-like self-organization of the complex ferrocyanides of transition metals (five-ply film of copper aminopentacyanoferrate Cu3 [Fe(CN)5NH3]2) is developed. This gives possibility to get the concentration and calibrating curves (maximum sensitivity of 0,5 μg/ml) for the model fibrinogen in phosphate buffer, and to determine the concentration of fibrinogen in donors blood plasma under 1:300.A four-channel modification of the «Plasmon» series device with successive inquiry of photodiodes massif and with application of comparison reference channel to minimize the effect of the temperature change induced noise has been constructed for the laboratory studies execution. For the large-scale testing of the population, we propose a construction of the sensor in disk format on the basis of the prism scheme of excitation of SPR in the Kretschmann configuration with optical scanning over angles, where a planar chip with integrated gratings for the input-output of light was used as a sensor unit. Fig.: 14. Refs: 45 titles.Роботу присвячено дослідженню фізичних і біохімічних аспектів розробки багатоканальних імуносенсорних приладів з призмовим типом збудження (конфігурація Кречмана) поверхневого плазмонного резо-нансу (ППР) у плівці золота та механічному скануванні кута падіння монохроматичного світла для тестування населення на наявність вірусних і серцево-судинних захворювань при застосуванні специфічної молекулярної реакції антитіло-антиген. Розглянуто схеми іммобілізації білків на золотій поверхні сенсора для швидкого та достовірного виявлення рівня міоглобіну, фібриногену та антитіл до вірусу Епш-тейна-Барр у буферному розчині, сироватці та плазмі крові

Удосконалення сенсорів з призмовим типом збудження поверхневого плазмонного резонансу на полімерній основі

The means related to the improvement of a sensor device on plastic substrate with the prism type of surface plasmon resonance (SPR) excitation in the Kretschmann configuration and with the scanning of the incidence angle of monochromatic light aimed for decreasing of production costs and increasing of sensitivity as well as productivity are considered. It has been shown that application of the laminar polymer substrates after hot press processing, under (180-210 °С) temperature and (300-500 kg/cm2) pressure, will provide disappearance of double refraction and high level in SPR sensor sensitivity because of smoothing surface microrelief. Analysis of the operational characteristics of SPR sensors based on Au and Ag resonant metallic films is performed. Gold displays higher shift of the resonance angle to changes of ambient refraction index and is chemically stable. Silver posses narrower resonance curve thus providing a higher signal/noise ratio of SPR chemical sensors, but has a poor chemical stability. In order to improve sensitivity, measurement accuracy and stability of the SPR instruments operation, two variants for the active metallic coating preparation are proposed: employment of bimetallic Ag/Au (Au as an outer layer) structure in 2:1 ratio that combines the advantages of both layers, as well as pure gold film with subsequent annealing at 120 ºC that smoothes the surface microrelief thus stabilizing the sensors characteristics and increasing sensitivity. The main challenge for increasing of productivity consist in the determination of the easiest and most cost-effective way to achieve a high degree of parallelization for high throughput SPR-based analysis. We propose a construction of the sensor in disk format on the basis of the prism scheme of excitation of SPR in the Kretschmann configuration with optical scanning over angles, where a planar chip with integrated gratings for the input-output of light was used as a sensor unit. Thus, the traditional prism and the focusing optics are integrated in a planar sensor unit of the SPR transducer. The unit is placed on a rotating disk, which increases essentially the number of sensitive elements of a sensor. Cheap one-time SPR disks can be produced already now in series with the use of available materials, technologies, and facilities, which opens possibility for the large-scale application. Fig.: 5. Refs: 92 titles.Розглянуто шляхи поліпшення експлуатаційних характеристик (зниження вартості, підвищення чутливості та продуктивності) сенсорних приладів на основі призмового збудження поверхневого плазмонного резонансу (ППР) в конфігурації Кретчмана та скануванні кута падіння монохроматичного світла при застосуванні пластикової підкладки. Запропоновано удосконалену технологію виготовлення чутливого елемента ППР, яка включає гаряче пресування полімерної підкладки та модифікацію властивостей активного металевого покриття за рахунок низькотемпературного відпалу плівки Au або застосування біметалевої структури Ag/Au, що поєднує переваги обох шарів, а також конструкцію дискового варіанта сенсора на основі плоского інтегрованого чипа з голографічними ґратками для вводу-виводу світла