Розроблення методологічного підходу до визначення регресійних рівнянь під час дослідження технології виготовлення таблеток на основі кверцетину

When developing the technology of tablets and tablet masses one of the tasks is to determine the amounts of excipients required to obtain pharmaco-technological quality indicators that meet the requirements of the State Pharmacopoeiaof Ukraine (SPhU). Aim. To develop an algorithm for determining the type of three-factor mathematical models with dependent variables. Materials and methods. The study object was experimental observations of the quantitative effect of excipients in the tablet composition based on a solid dispersion of quercetin on the pharmacopeial characteristics of this dosage form, in particular on its flowability. The experimental data were processed by the planned experiment using Mathcad 15 and MS Excel software according to the algorithm proposed. Results and discussion. It has been found that the identification of mathematical models in pharmaceutical studies with three dependent factors, which total value is determined by the quantitative composition of the dosage formand fixed at a certain level, is difficult to perform due to the difficulty of interpreting the multiple regression parameters as characteristics of factors in isolation through their correlability. It has been proven that the replacement of variablesleads to the determination of a mathematical model that does not reveal the mechanism of the factors’ action and is a static description of their overall impact on the indicator studied. Conclusions. As a result of the research conducted, regression equations were found to determine the effect of the amount of these excipients on the tablet flowability. It has been found that the most influential role in determining the target in the factor space studied is played by the interaction of factors. The algorithm for determining the mathematical description of the dependence with three variables has been proposed. Based on the fact that the research is conditioned by strict conditions in the quantitative composition, the chosen mathematical model of the dependence of the quadratic equation with two factors, for which there are limitations, has no correlation. The model determined is characterized by the possibility of providing the graphical interpretation and simplification of analysis and can be used for forecasting and optimization.При разработке технологии таблеток и таблеточных масс одной из задач является определение количества вспомогательных веществ, необходимых для получения фармакотехнологических показателей качества, соответствующих требованиям Государственной фармакопеи Украины. Целью работы является разработка алгоритма установления вида трехфакторных математических моделей с зависимыми переменными. Материалы и методы. Объектом исследований были экспериментальные наблюдения количественного влияния вспомогательных веществ в составе таблеток на основе твердой дисперсии кверцетина на фармакопейные характеристики указанной лекарственной формы, в частности на ее сыпучесть. Обработку экспериментальных данных проводили с использованием планируемого эксперимента с помощью компьютерных программ Mathcad 15 и MS Exсеl по предложенному алгоритму. Результаты и их обсуждение. Определено, что идентификацию математических моделей в фармацевтических исследованиях с тремя зависимыми факторами, суммарное значение которых определяется количественным составом лекарственной формы и фиксируется на определенном уровне, трудно проводить вследствие осложнения интерпретации параметров множественной регрессии как характеристик факторов в изолированном виде из-за их коррелируемости. Доказано, что замена переменных приводит к установлению математической модели, которая не раскрывает механизма действия факторов и является статическим описанием их общего влияния на исследуемый показатель. Выводы. В результате проведенных исследований определены уравнения регрессии для установления влияния количества указанных вспомогательных веществ на сыпучесть таблетки. Установлено, что наиболее влиятельную роль в определении целевого показателя в исследуемом факторном пространстве играет взаимодействие факторов. Предложен алгоритм определения математического описания зависимости с тремя переменными. Исходя из того, что исследования должны отвечать жестким условиям по количественному составу, выбрана математическая модель зависимости в виде квадратичного уравнения с двумя факторами, по которым есть ограничения и между которыми нет корреляции. Установленная модель характеризуется возможностью предоставления графической интерпретации и упрощения анализа и может быть использована для прогнозирования и оптимизации.Під час розроблення технології таблеток і таблеткових мас одним із завдань є визначення кількості допоміжних речовин, необхідних для отримання фармакотехнологічних показників якості, які відповідають вимогам Державної фармакопеї України. Метою роботи є розроблення алгоритму визначення виду трифакторних математичних моделей із залежними змінними. Матеріали та методи. Об’єктом досліджень були експериментальні спостереження кількісного впливу допоміжних речовин у складі таблеток на основі твердої дисперсії кверцетину на фармакопейні характеристики зазначеної лікарської форми, зокрема на її сипкість. Експериментальні дані обробляли з використанням запланованого експерименту за допомогою комп’ютерних програм Mathcad 15 та MS Exсеl за запропонованим алгоритмом. Результати та їх обговорення. Визначено, що ідентифікацію математичних моделей у фармацевтичних дослідженнях з трьома залежними факторами, сумарне значення яких визначається кількісним складом лікарської форми та фіксується на певному рівні, важко проводити внаслідок ускладнення інтерпретації параметрів множинної регресії як характеристик факторів у ізольованому вигляді через їх корельованість. Доведено, що заміна змінних призводить до визначення математичної моделі, яка не розкриває механізму дії факторів і є статичним описом їх загального впливу на досліджуваний показник. Висновки. У результаті проведених досліджень визначено рівняння регресії для виявлення впливу кількості зазначених допоміжних речовин на сипкість таблетки. З’ясовано, що найбільш впливову роль у визначенні цільового показника в досліджуваному факторному просторі відіграє взаємодія факторів. Запропоновано алгоритм визначення математичного опису залежності з трьома змінними. З огляду на те, що дослідження мають відповідати жорстким умовам за кількісним складом, обрано математичну модель залежності у вигляді квадратичного рівняння з двома факторами, за якими є обмеження і між якими немає кореляції. Така модель характеризується можливістю надання графічної інтерпретації та спрощення аналізу й може бути використана для прогнозування і оптимізації

Методичний підхід до багатокритеріального вибору у фармацевтичних дослідженнях з кількісними факторами

Aim. To analyze the existing methods for solving multi-criteria optimization problems with quantitative factors and consider the expediency of their application in the pharmaceutical technological research. Materials and methods. The theoretical and empirical methods, as well as scientific data on multi-criteria optimization methods were used in the research. Results and discussion. It has been found that when conducting the research with quantitative factors the statistical methods for processing the results of experiments are used. It has been determined that the regression analysis allows us to present the dynamics of changes in the pharmacopoeial characteristics studied from variable quantitative factors in a compact form. It has been found that regression equations enable the researcher to effectively search for optimal conditions for conducting technological operations and are local criteria for finding the optimal solution. It has been proven that the need to optimize several criteria simultaneously when developing the technology of a medicinal product allows considering the tasks of multi-criteria selection in the pharmaceutical research as a special class of decision-making problems that are on the verge between the research of operations for well-structured quantitative situations and decision-making tasks, which methods of solving differ. Conclusions. To determine the optimal solution in the course of the pharmaco-technological development, a method for finding an ideal point has been proposed as a synthesis of mathematical calculations and decision-making procedures by a researcher. The search is conducted in the range of acceptable values of variables and determines their totality, which is able to provide a set of values of pharmaco-technological criteria that is closest to the optimal option determined by the researcher. This approach involves preliminary solution of single-criterion optimization problems for each individual criterion and reduction of all to a mathematical form that determines the minimum deviation of the objective functions obtained from the optimal values.Метою роботи є аналіз сучасних методів розв’язання задач багатокритеріальної оптимізації з кількісними факторами та розгляд доцільності їх застосування у фармацевтичних технологічних дослідженнях. Матеріали та методи. Методи дослідження: теоретичні та емпіричні. Матеріали: наукові дані щодо застосовуваних у дослідженнях методів багатокритеріальної оптимізації. Результати та їх обговорення. Виявлено, що під час виконання досліджень з кількісними факторами застосовують статистичні методи обробляння результатів. Визначено, що регресійний аналіз дозволяє репрезентувати в компактній формі динаміку зміни досліджуваних фармакопейних характеристик під впливом змінних кількісних факторів. З’ясовано, що регресійні рівняння не тільки дозволяють дослідникові ефективно провадити пошук щонайкращих умов виконання технологічних операцій, а й постають локальними критеріями для прийняття оптимального рішення. Доведено, що необхідність оптимізації декількох критеріїв одночасно під час розроблення технології лікарського препарату дозволяє розглядати завдання багатокритеріального вибору у фармацевтичних дослідженнях як особливий клас задач, що перебувають на межі між дослідженням операцій для добре структурованих кількісних ситуацій та задач з прийняття рішень, методи розв’язання яких різняться між собою. Висновки. Для визначення оптимального рішення в ході фармакотехнологічної розробки запропоновано метод пошуку ідеальної точки як синтез математичних розрахунків і процедури прийняття рішення дослідником. Пошук провадять в області допускних значень змінних. Він визначає таку їх сукупність, що здатна забезпечити набір значень фармакотехнологічних критеріїв, найближчий до оптимального варіанта, визначеного дослідником. Такий підхід має на увазі попереднє розв’язання завдань однокритеріальної оптимізації для кожного окремого критерію та зведення всіх до математичної форми, яка визначає мінімальне відхилення отриманих цільових функцій від оптимальних значень

Обґрунтування допоміжних речовин у складі таблеток з сухим екстрактом імбиру лікарського

Topicality. Due to its rich chemical composition and pharmacological activity, Zingiber officinale is a promising raw material for creating various drugs, including ones for the treatment of type 2 diabetes.Aim. To obtain tablets with dry ginger extract by direct pressing using polyfactorial dispersion analysis (taking into account the quality factors).Materials and methods. The objects of the study were dry ginger extract, filler – Galen IQ 721 and excipients of three technological groups: dry binders, moisture regulators and lubricants. The effect of auxiliary substances on such indicators as bulk density, tapped density and the Carr index of the tablet mass, as well as disintegration, mechanical strength and friability of the obtained tablets have been investigated.Results and discussion. Using the mathematical planning of the experiment by the 3 × 3 Latin square method, the influence of qualitative factors on the pharmacological indicators of tablets with a dry extract of ginger has been studied.Conclusions. According to the results of analysis of variance, the optimal excipients in the composition of tablets with ginger extract were chosen: from the group of binders – Kollidone k30, as a moisture regulator – Neusilin UFL 2 and lubricant – calcium stearate.Актуальность. Имбирь лекарственный благодаря богатому химическому составу и фармакологическойактивности является перспективным сырьем для создания разнообразных препаратов, в том числе и для лечения сахарного диабета 2 типа.Цель работы – выбор вспомогательных веществ (качественных факторов) для получения таблеток с сухим экстрактом имбиря лекарственного методом прямого прессования с использованием многофакторного дисперсионного анализа.Материалы и методы. Объектами исследования были сухой экстракт имбиря лекарственного, наполнитель – Galen IQ 721 и вспомогательные вещества трех технологических групп: сухие связующие вещества,влагорегуляторы и лубриканты. Исследовали влияние вспомогательных веществ на такие показатели, как насыпная плотность, плотность после усадки и индекс Карра таблеточной массы, а также распадаемость, устойчивость к раздавливанию и истираемость полученных таблеток.Результаты и их обсуждение. С помощью математического планирования эксперимента методом латинского квадрата 3 × 3 было изучено влияние качественных факторов на фармакотехнологические показатели таблеток с сухим экстрактом имбиря лекарственного.Выводы. По результатам дисперсионного анализа были выбраны оптимальные вспомогательные вещества в составе таблеток с экстрактом имбиря: из группы связующих веществ – Kollidone k30, в качестве влагорегулятора – Neusilin UFL 2 и лубрикант – кальция стеарат.Актуальність. Імбир лікарський завдяки багатому хімічному складу і фармакологічній активності є перспективною сировиною для створення різноманітних препаратів, у тому числі і для лікування цукрового діабету 2 типу.Мета роботи – вибір допоміжних речовин (якісних факторів) для отримання таблеток з сухим екстрактом імбиру лікарського методом прямого пресування з використанням багатофакторного дисперсійного аналізу.Матеріали та методи. Об’єктами дослідження були сухий екстракт імбиру лікарського, наповнювач – GalenIQ 721 і допоміжні речовини трьох технологічних груп: сухі зв’язуючі речовини, вологорегулятори і лубриканти.Досліджували вплив допоміжних речовин на такі показники, як насипну густину, густину після усадки та індекс Карра таблеткової маси, а також розпадання, стійкість до роздавлювання і стираність отриманих таблеток.Результати та їх обговорення. За допомогою математичного планування експерименту методом латинського квадрата 3 × 3 було вивчено вплив якісних факторів на фармакотехнологічні показники таблеток з сухим екстрактом імбиру лікарського.Висновки. За результатами дисперсійного аналізу були обрані оптимальні допоміжні речовини у складітаблеток з екстрактом імбиру: із групи зв’язуючих речовин – Kollidone k30, вологорегулятор – Neusilin UFL 2 і лубрикант – кальцію стеарат

Побудування регресійних моделей для розроблення технології отримання таблеток на основі імбиру лікувального

Scientific research in pharmacy, due to their multifactorial nature, is closely related to modeling of complex static systems. For this purpose, the so-called “input-output” mathematical models, which are built based on the results of the experiment, are widely used. Modeling of static systems based on the experimental data requires the solution of three interrelated tasks: planning of the experiment and its implementation; identification of the model structure and its parameters; approximation, if necessary, of a complex model to a simpler mathematical description.Научные исследования в фармации вследствие их многофакторности тесно связаны с моделированием сложных статических систем. Для этой цели широко применяются так называемые математические модели «вход – выход», которые строятся по результатам эксперимента. Моделирование статических систем на основе экспериментальных данных требует решения трех взаимосвязанных задач: планирование эксперимента и его реализация; идентификация структуры модели и ее параметров; приближение в случае необходимости сложной модели к более простому математическому описанию.Наукові дослідження у фармації через їх багатофакторність тісно пов’язані з моделюванням складних статичних систем. Для цього широко використовуються так звані математичні моделі «вхід – вихід», які будуються за результатами експерименту. Моделювання статичних систем на основі експериментальних даних вимагає вирішення трьох взаємопов’язаних завдань: планування експерименту та його реалізація; визначення структури моделі та її параметрів; наближення, за необхідності, складної моделі до більш простого математичного опису

Development and optimization of quantitative composition of rectal suppositories with diosmin and hesperidin by the method of mathematical planning of the experiment

In the development of suppositories biphasic media are rarely used. It is due to the occurrence of possible instabilities within the system «dispersed phase and a dispersing medium». To solve such problems, it is rational to use the methods of mathematical planning of the experiment. The method of mathematical planning of the experiment feature is the diversity of approaches to model construction. This means that these methods are theoretically predict the results of a future experiment, analyze the data obtained, prevent the repetition of experiments and optimize the technology of medicine. The aim of the present research was to develop and optimize of quantitative composition of rectal suppositories with diosmin and hesperidin by the method of mathematical planning of experiment. Objects of the study were samples of suppositories of the biphasic type with diosmin and hesperidin. The dispersing medium of these samples consisted of hydrophobic (Witepsol W35 and emulsifiers) and hydrophilic parts (sodium alginate gel with the addition of Ca2+ as a complexing cation). Preliminary results of determining the percentage limits of the hydrophobic part of the dispersed medium were carried out by studying the indicators of the release of active substances from the dosage form and the laser diffraction method. As responses of experiments was used such indicator as: disintegration time, hardness and mucoadhesion. As a result of the studies, the functional dependence of the indicators on the amount of components of the suppository dispersed medium was established. It was found that acceptable values of the responses should conform to the following conditions: hardness and mucoadhesion should be close to the maximum, and the disintegration time – to the minimum. According to the results of the study it was found that the optimal content of the mixture of emulsifiers – 6.29%, solid fat – 39.51%, the hydrophilic part of the biphasic medium – 29.58%. Responses that will provide the system with the necessary structural-mechanical and pharmaco-technological properties are within: y1 (2.713); y2 (22.639); y3 (439.283). The obtained data will be used in further studies to optimize the composition and technology of rectal suppositories with diosmin and hesperidin

Методичний підхід до визначення оптимального вмісту допоміжних речовин у складі таблеток

Aim. To determine the algorithm of the optimal amount of excipients in the composition of tablets based on common ginger. Materials and methods. The study object was the regression equations determining the quantitative effect of excipients in the composition of the dosage form on the target pharmacopeial characteristics. The mathematical processing of these equations was carried out using the Mathcad 15 computer program according to the algorithm proposed. Results and discussion. It has been proposed to use the approximation function to determine the level of optimization. The approximation function is the sum of the squares of deviations of the objective functions from their optimal values. It has been proven that identification of mathematical models in pharmaceutical studies with three dependent factors, which total value is determined by the quantitative composition of a dosage form and is fixed at a certain level, is difficult to perform due to the complicated interpretation of multiple regression parameters as characteristics of factors in an isolated form through their correlation. The region for the optimal solution has been proposed with respect to the values of factors and effective indicators of a multiple regression model. The methodological approach to determining the optimal content of excipients in the composition of the given dosage form has been proposed. Conclusions. The optimal content of excipients – neusilin and colidone – has been determined while developing the composition of tablets based on common ginger with the necessary pharmacological and technological indicators that meet the requirements of the State Pharmacopoeia of Ukraine. The approach to the formation of the region offeasibility in two-way studies has been considered. Using the theory of multi-vector optimization a criterion has been developed; it allows determining the optimal feasible solution in the region under conditions of restrictions both by factors and target indicators.Целью работы является определение алгоритма установления оптимального количества вспомогательных веществ в составе таблеток на основе имбиря лекарственного. Материалы и методы. Объектом исследований были уравнения регрессии, определяющие количественное влияние вспомогательных веществ в составе лекарственной формы на целевые фармакопейные характеристики. Математическую обработку указанных уравнений проводили с использованием компьютерной программы Mathcad 15 по предложенному алгоритму.Результаты и их обсуждение. Предложено для установления уровня оптимизации применять функцию приближения. Функция приближения является суммой квадратов отклонений целевых функций от своих оптимальных значений. Доказано, что проведение идентификации математических моделей в фармацевтическихисследованиях с тремя зависимыми факторами, суммарное значение которых определяется количественным составом лекарственной формы и фиксируется на определенном уровне, проводить трудно вследствие осложнения интерпретации параметров множественной регрессии как характеристик факторов в изолированном виде из-за их коррелируемости. Предложена область определения оптимального решения относительно значения факторов и результативных показателей множественной регрессионной модели. Предложен методический подход к установлению оптимального содержания вспомогательных веществ в составе указанной лекарственной формы. Выводы. Установлено оптимальное содержание вспомогательных веществ (неусилина и колидона) для разработки рецептуры таблеток на основе имбиря лекарственного с необходимыми фармакотехнологическими показателями, соответствующими требованиям Государственной фармакопеи Украины. Рассмотрен подход к формированию области допустимых решений в двухфакторных исследованиях. С использованием теории многовекторной оптимизации разработан критерий, позволяющий определить оптимальное решение с допустимой области в условиях ограничений как по факторам, так и по целевым показателям.Мета роботи – описати алгоритм визначення оптимальної кількості допоміжних речовин у складі таблеток на основі імбиру лікарського. Матеріали та методи. Об’єктом дослідження були рівняння регресії, що визначають кількісний вплив допоміжних речовин у складі лікарської форми на цільові фармакопейні характеристики. Математичне оброблення зазначених рівнянь виконували з використанням комп’ютерної програми Mathcad 15 за запропонованим алгоритмом. Результати та їх обговорення. Запропоновано для визначення рівня оптимізації застосовувати функцію наближення. Функція наближення є сумою квадратів відхилень цільових функцій від своїх оптимальних значень. Доведено, що проведення ідентифікації математичних моделей у фармацевтичних дослідженнях з трьома залежними факторами, сумарне значення яких визначається кількісним складом лікарської форми та фіксується на певному рівні, проводити важко внаслідок ускладнення інтерпретації параметрів множинної регресії як характеристик факторів у ізольованому вигляді через їх корельованість. Окреслено область визначення оптимального рішення стосовно значення факторів і результативних показників множинної регресійної моделі. Запропоновано методичний підхід до визначення оптимального вмісту допоміжних речовин у складі зазначеної лікарської форми. Висновки. Визначено оптимальний вміст допоміжних речовин (неусиліну та колідону) для розроблення рецептури таблеток на основі імбиру лікарського з необхідними фармакотехнологічними показниками, що відповідають вимогам Державної фармакопеї України. Розглянуто підхід до формування області допускних рішень у двофакторних дослідженнях. Із застосуванням теорії багатовекторної оптимізації розроблено критерій, що дозволяє визначити оптимальне рішення з допускної області в умовах обмежень як за факторами, так і за цільовими показниками

Сенсор бета-лактоглобулина на базе ИСПТ с подзатворным диэлектриком СеО2

В роботі розглянуто сенсор бета-лактоглобуліну з удосконаленою методикою вимірювання. Як основного алергену молока. Бета-лактоглобулін (БЛГ) використовується як основний біомаркер для аналізу коров’ячого молока. Запропоновано структуру сенсора з нанокристалічним оксидом церію в якості підзатворного діелектрика та удосконаленим методом вимірювання. Він полягає в використанні мікропотокової системи, що забезпечує постійний об’єм досліджуваної речовини для динамічного аналізу білка бета-лактоглобуліну - основного алергену молока. Запропонований сенсор був виготовлений на основі іон-селективного польового транзистора з польовим ефектом (IСПT) з p-каналом. Транзистор був виготовлений на кремнієвій пластині, легованій фосфором (n-тип), питомий опір 4,5 Ом/m^2, орієнтацією (111) та товщиною 450 мкм. В роботі проаналізовано вплив освітленості на результати експерименту та ступінь очищення поверхні датчика між кожним вимірюванням. Оскільки існуючий метод ІФА занадто довгий (1,5 години), а запропонований спосіб дозволяє виявити наявність бета-лактоглобуліну протягом декількох хвилин. Отримані результати відкривають перспективи використання запропонованих сенсорних та методів у технологіях виробництва дієтичних продуктів та експрес-аналізу. Запропонований підхід дозволяє аналізувати динамічні характеристики біосенсора з точки зору характерних рівнів сигналу ІСПТ на початку і у кінці часового інтервалу, що дає можливість оцінювати ступінь десорбції білка з поверхні. Це, у свою чергу, свідчить про властивості сенсора щодо відновлюваності та можливості його повторного використання. Отримані результати щодо впливу освітлення на відгук сенсора свідчать про необхідність поміщати робочу область сенсора у світлонепроникний бокс. Запропонована методика дозволяє здійснювати вимірювання рівнів бета-лактоглобуліну у широкому діапазоні змін рН розчину. Достатньо малий час детектування білка бета-лактоглобуліну і можливість динамічного аналізу білка на основі запропонованої структури біосенсора відкриває перспективи його використання у технологіях виготовлення дієтичних продуктів харчування та експрес-аналізу.In this article sensor with improved measurement technique for the detection of milk allergens was developed. β-lactoglobulin (BLG) protein was used as the biomarker for cow milk detection. The structure of the sensor with nanocrystalline cerium oxide is proposed with an advanced measurement method, which consists of using a micro-flow system to provide a constant volume of the substance to be tested for the dynamic analysis of the beta-lactoglobulin protein, the major milk allergen. The influence of illumination on the experiment and the degree of cleaning of the sensor surface between each measurement are analyzed. Because the existing ELISA method is too long (1.5 hours), and the proposed method allows to identify the presence of beta-lactoglobulin in a few minutes.В роботе рассмотрено сенсор бета-лактоглобулина с усовершенствованной методикой измерения как основного аллергена молока. Бета-лактоглобулин (БЛГ) используется в качестве основного биомаркера для анализа качества коровьевого молока. Предложено структуру сенсора с нанокристалическим оксидом церия в качестве подзатворного диэлектрика та усовершенствованным методом измерения. Этот метод состоит в использовании микропоточной системы для обеспечения постоянного объема исследуемого вещества для динамического анализу белка бета-лактоглобулина - основного аллергена молока. Также проведено исследования влияния уровня освещения на результаты эксперимента та степень очистки поверхности сенсора между каждым измерением. Существующий ИФА метод требует много времени для проведения одного экспериментавалим (1,5 час.), а предложена методика позволяет идентифицировать наличие бета-лактоглобулина всего лишь за несколько минут

CЕНСОР ПЕРЕКИСУ ВОДНЮ НА ОСНОВІ МДН-ТРАНЗИСТОРА З АКТИВНИМ ШАРОМ В ОБЛАСТІ ПІДКЛАДКИ

Sensors based on MOSFET with por-Si layer at the back-gate part and with H2О2 catalyst (Pt-nanoparticles) investigation was done. Back-gate changes were done by MASE technology. The porous structure analysis, measurement dimension of Pt nanoparticles was performed. And also we represented the influence thus nanoparticles for sensor sensitivity. Using approximation output curvesat different concentration H2 О2 , we calculated sensitivity of our sensor and it’s reach at least 0,135 μА/ ppm. The energetic activity of the catalytic reaction H2О2 was calculated. And also we calculated the influence of this effect on the experimental results.Было проведено исследования сенсоров на базе МДН-транзисторов со слоем пористого кремния и катализатором перекиси водорода ( наночастицами платины) на обратной стороне подложки со стороны затвора. Изменения тыльной стороны сенсора производилась методом металл-стимулированного химического травления. Произведено анализ пористой структуры, измерено размер наночастиц платины и их влияние на чувствительность сенсора. Используя аппроксимации вольт-амперных характеристик при разных концентрациях перекиси водорода рассчитано чувствительность сенсора, которая составляет не менее 0,135 мкА/ppm. Рассчитано энергетическую активность реакции каталитического распада H2 О2 та ее влияние на результаты эксперимента. Проведено дослідження сенсорів H2 О2 на основі МДН-транзисторів з шаром пористого кремнію та каталізатором перекису водню (наночастинками платини) на зворотній стороні підкладки в області затвору. Модифікація тильної сторони сенсора виконувалася шляхом метал-стимульованого хімічного травлення. Проведено аналіз пористої структури, вимірювання розміру наночастинок платини та їх вплив на чутливість сенсора. На основі апроксимації вольт-амперних характеристик при різних концентраціях перекису водню обчислено чутливість сенсора, що складає не менше 0,135 мкА/ppm. Розраховано енергетичну активність реакції каталітичного розпаду H2 О2 та її вплив на результати експерименту.

Сенсоры на полевих та фототранзисторах с металлическими наночастицами та пористым кремнием

В статті досліджуються два типи сенсорів перекису водню – на основі польового транзистора та на основі фото транзистора. В обох випадках чутлива область розташовувалась на тильній стороні кремнієвої підкладки і складалася з шару пористого кремнію з наночастинками металів (платини або срібла). Пористий шар отримувався шляхом хімічного травлення в присутності металів. Сенсори з пористим кремнієм демонструють достатню чутливість в обох конфігураціях. Польова структура є більш керованою, проте має нижчу чутливість (8 μA/%), тоді як фототранзисторна структура є більш простою та чутливою (до 500 μA/%). Використання срібних та платинових наночастинок зменшує час відгуку сенсора до 2-3 хвилин.In the paper hydrogen peroxide MISFET and LET sensor performance is investigated. As hydrogen peroxide is a product of many chemical reactions, especially biological reactions, peroxide sensors are now widely used for detection of another. In this work, a combination of two nanostructures that are now used for hydrogen peroxide detection – porous silicon and metal nanoparticles was used. A MISFET (metal-insulator-semiconductor field effect transistor) was chosen as the basic sensor but unlike conventional FET sensors sensitive area was formed on the rear side of the sensor. In the aim to simplify sensor structure a LET (light-effect transistor) with sensitive area on the rear side was also tested. LET structure was produced by the same technology as FET, but then subgate system was removed by chemical etching. Porous silicon was formed by metal-assisted chemical etching (MACE) that consists of two stages. During the first stage, metallic nanoparticles are deposited on the surface by chemical or physical deposition. During second one these particles become catalysts of chemical reaction and pores are formed under them. Pore shape and density depend on both stages conditions. Formation of porous silicon on the rear side leads to changes of substrate charge and influence gate-source curve as well as drain-source curve. Drain current for FET with an active area is lower due to the negative charge accumulated in porous silicon thanks to high tie connections concentration. Dependence of LET drain current on LED intensity (current) is almost linear and drain-source curves are similar to FET structure ones. FET samples with porous silicon/Pt and LET samples with porous silicon/Ag both show more stable and well-defined dependence of drain current on hydrogen peroxide concentration then samples without porous layer. All sensors have saturation of drain current from concentrations of hydrogen peroxide about 0.5-1% and dependence on concentration is first order exponential decay, obviously due to saturation of working area by reaction products or heating effect of hydrogen peroxide decomposition. In concentration range up to 0.3% hydrogen peroxide best sensitivity was demonstrated by LET sensor (574 μA/%), for FET sensor sensitivity is about 6 μA/% for MISFET without active area and about 8.3 μA/% for MISFET with active area. As Ag and Pt catalyst hydrogen peroxide decomposition, sensors with metal nanoparticles shows quicker reaction (maximum response less than in 3 minutes). To ensure accuracy and precision of measurements temperature and illumination of active area dependences of drain current should be taken into account. MISFET with porous silicon demonstrates typical for silicon structures exponential decay dependence of drain current on luminous flux and quasi-linear dependence on temperature Slopes are 34 μA/lm and 6.46 μA/˚C respectively. Hydrogen peroxide sensor with porous silicon shows good performance in both configuration – as MISFET and as LET structure. MISFET structure is more adjustable but have lower sensitivity (about 8 μA/% ) while LET structure is more simple and sensitive (up to 500 μA/% ). Use of both Ag and Pt nanoparticles decrease response time of sensor to 2-3 minutes.В статье исследуется два типа сенсоров перекиси водовода – на основе полевого транзистора и на основе фототрензистора. В обеих случаях чувствительная область расположена на тыльной стороне кремниевой подкладки и состояла из слоя пористого кремния с наночастичками металлов (платины или серебра). Пористый слой был получен путем химического травления в присутствии металлов. Сенсоры с пористым кремнием демонстрируют достаточную чувствительность в обеих конфигурациях. Полевая структура болем управляема, но имеет болем низкую чувствительность (8 μA/%), тогда как фотостранзисторная структура более простая и чувствительна (до 500 μA/%). Использование серебряных и платинових наночастиц уменьшает время отклика сенсора до 2-3 минут