Молекулярний аналіз тонких плівок різної природи на основі спектроскопії поверхневих плазмонів

Автор(и)

  • S. O. Kostyukevych Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова, Ukraine
  • R. V. Khrystosenko Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова, Ukraine
  • K. V. Kostyukevych Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова, Ukraine
  • A. A. Koptyukh Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова, Ukraine
  • O. R. Surovtseva Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова, Ukraine
  • A. A. Kryuchyn Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.35681/1560-9189.2018.20.4.178531

Ключові слова:

поверхневий плазмонний резонанс, тонкі плівки, халькогенідний склоподібний напівпровідник, поліанілін, фібриноген, моно-клональні антитіла

Анотація

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.

Посилання

Ahranovych V.M., Mylls D.L. Poverhnostnye poljaritony. Elektromagnitnye volny na poverhnostjah i granicah razdela sred. Moskva: Nauka, 1985. 525 s.

Dmytruk N.L., Lytovchenko V.H., Stryzhevskyy V.L. Poverhnostnye poljaritony v poluprovodnikah i dijelektrikah. Kyev: Nauk. dumka, 1989. 375 s.

Vörös J. The density and refractive index of adsorbing protein layers. Biophysical Journal. 2004. 87. Р. 553–561.

Homola J. Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species. Chem. Rev. 2008. 108. Р. 462–493.

Shyrshov Yu.M., Venher Ye.F., Prokhorovych A.V., Ushenin Yu.V., Matsas Ye.P., Chehel' V.I., Samoylov A.V. Sposib detektuvannya ta vyznachennya kontsentratsiyi biomolekul ta molekulyarnykh kompleksiv ta prystriy dlya yoho zdiysnennya: pat. UA 46018 C2. MPK6: G01N 21/55. No.97105153; zayavl. 22.10.1997; opubl. 15.05.2002, Byul. No. 5.

Shirshov Y.M., Chegel V.I., Subota Y.V., Matsas E.P., Kostioukevich E.V., Rachcov A.E., Merker R. Biosensors based on SPR and optimization of their working parameters. Proc. of SPIE. 1995. Vol. 2780. Р. 257–260.

Khrystosenko R.V. Optimization of the surface plasmon resonance minimum detection algo-rithm for improvement of method sensitivity. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2015. Vol. 18. No 3. Р. 279–285.

Kostyukevych K.V. Transducer based on surface plasmon resonance with thermal modification of metal layer properties. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2016. Vol. 19. No 3. P. 255–266.

Lysenko S.I., Snopok B.A., Sterligov V.A., Kostyukevich E.V., Shirshov Yu.M. Light scattering by molecular-organized films on the surface of polycrystalline gold. Optics and Spectroscopy. 2001.Vol. 90, No 4. Р. 606–616.

Kostyukevych K.V., Khristosenko R.V., Pavluchenko A.S., Vakhula A.A., Kazantseva Z.I., Koshets I.A., Shirshov Yu.M. A nanostructural model of ethanol adsorption in thin calixarene films. Sensors and Actuators B. 2016. 223. Р. 470–480.

Kostyukevych K.V., Khristosenko R.V., Shirshov Yu.M., Kostyukevych S.A., Samoylov A.V., Kalchenko V.I. Multi-element gas sensor based on surface plasmon resonance: recognition of alcohols by using calixarene films. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2011. Vol. 14, No 3. Р. 313–320.

Krystosenko R.V. Optimization of surface plasmon resonance based biosensor for clinical diagnosis of the Epstein-Barr herpes virus disease. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2016. Vol. 19. No 1. Р. 84–89.

Kostyukevych S.O., Kostyukevych K.V., Khristosenko R.V., Lysiuk V.O., Koptyukh A.A., Moscalenko N.L. Multielement surface plasmon resonance immunosensor for monitoring of blood circulation system. Optical Engineering. 2017. 56(12). Р. 121907.

Dorozhyns'kyy H.V., Maslov V.P., Ushenin Yu.V. Sensorni prylady na osnovi poverkhnevoho plazmonnoho rezonansu: monohrafiya/Kyyiv. NAN Ukrayiny, In-t fizyky napivprovidnyki, NTUU «KPI», 2016. 264 s.

Kretchmann E. The determination of the optical constants of metals by еxcitation of surface plasmons. Z Phys. 1971. 241. Р. 313–324.

de Bruijn H.E., Minor M., Kooyman R.P.H., Greve J. Thickness and dielektric constant determination of thin dielectric layers. Opt. Comm. 1993. Vol. 95. No 4. Р. 183–188.

Roy D. Surface plasmon spectroscopy of dielectric coated gold films on supporting metal

layers: reflectivity formulas in the Kretchmann formalism. Appl. Spectrosc. 2001. Vol. 55. No 8. Р. 1046–1052.

Born M., Vol'f E. Osnovy optyky. Moskva: Nauka, 1973. 720 c.

Azzam R., Bashara N. Ellipsometriya i polyaryzovannyj svet/per. c angl.; pod red. A.V. Rzhanova, K.K. Svitasheva. Moskva: Myr, 1981. 583 s.

Nelder J.A., Mead R.A. A simplex method for function minimization. The Comp. J. 1965. 7.

P. 308–313.

Kostioukevich S.A., Shirshov Y.M., Matsas E.P., Chegel V.I., Stronski A.V., Subbota Y.V., Shepelyavi P.E. Application of surface plasmon resonance for the investigation of ultrathin metal films. Proc. of SPIE. 1995. Vol. 2648. P. 144–151.

Shirshov Y.M., Beketov G.V., Chegel V.I., Matsas E.P., Kostioukevich E.V., Venger E.F., Zynio S.A., Snopok B.A., Merker R. Overall reflectivity curve analysis for enhancing the informativity of molecular layer studies using surface plasmon resonance. Proc. of European Conference on Organized Films, Sheffield (UK). 1996. P. 7–10.

Shyrshov Yu.M., Beketov H.V., Zyn'o S.A., Kazantseva Z.Y., Samoylov A.V., Surovtseva E.R., Ushenyn Yu.V., Venher E.F. Opredelenye optycheskikh konstant tonkikh plenok na poverkhnosti zolota iz PPR-zavisimostej: detel'nyj analiz tselevoj funktsii vblizi minimuma. Optoele-ktronika i poluprovodnikovaya tekhnika. 2007. 42. C. 56–64.

Beketov G.V., Shirshov Yu.M., Shinkarenko E.V., Chegel V.I. Surface plasmon resonance spectroscopy: prospects of superstrate refractive index variation for separate extraction of molecular layer parameters. Sensors and Actuators B. 1998. 48. P. 425–432.

Petrov V.V., Kryuchyn A.A., Kostyukevych S.O., Rubish V.M. Neorhanichna fotolitohrafiya: monohrafiya/Kyyiv. Nats. akad. nauk Ukrayiny, In-t problem reyestratsiyi informatsiyi, In-t fizyky napivprovidnykiv. Kyyiv: IMF NANU, 2007. 195 s.

Petrov V.V., Lytvyn P.M., Trunov M.L., Kryuchyn A.A., Belyak Ye.V., Rubish V.M., Kostyukevych S. O., Koptyukh A. A. Metody formuvannya nanorozmirnykh struktur na plivkakh khal'kohenidnykh sklopodibnykh napivprovidnykiv. Reyestratsiya, zberihannya i obrob. danykh. 2016. T. 18. No 1. C. 3–13.

Petrov V.V., Kryuchyn A.A., Yu.A. Kunyts'kyy, V.M. Rubish, A.S. Lapchuk, S.O. Kostyukevych. Metody nanolitohrafiyi. Kyyiv: Nauk. dumka, 2015. 262 s.

Palka K., Syrovy T., Schroter S., Bruckner S., Rothhardt M., Vleek M. Preparation of arsenic sulfide thin films for integrated optical elements by spiral bar coating. Optical Materials Express. 2014. Vol. 4, No 2. P. 384–395.

Kostioukevich S.A., Shirshov Y.M., Matsas E.P., Chegel V.I., Stronski A.V., Subbota Y.V., Shepelyavi P.E. Application of surface plasmon resonance for the investigation of ultrathin metal films. Proc. of SPIE. 1995. Vol. 2648. P. 144–151.

Venher Ye.F., Honcharenko A.V., Dmytruk M.L. Optyka malykh chastynok i dyspersnykh seredovyshch: monohrafiya/Nats. akad. nauk Ukrayiny, In-t fizyky napivprovidnykiv. Kyyiv: Nauk. dumka, 1999. 347 s.

Chegel V.I., Shirshov Yu.M., Kostyukevich S.O., Shepeliavy P.E., Chegel Yu.V. Experimental investigations and computer modelling of the photochemical processes in Ag-As2S3 structures using surface plasmon resonance spectroscopy. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2001.Vol. 4. Nо 4. P. 301–306.

Adhikari B., Majumdar S. Polymers in sensor applications. Prog. Polym. Sci. 2004. 29.

Р. 699–766.

Bai H., Shi G. Gas sensors based on conducting polymers. Sensors. 2007. 7. P. 267–307.

Xu X.-Y., Tian X.-G., Cai L.-G., Xu Z.-L., Lei H.-T., Wang H., Sun Y.-M. Molecularly imprinted polymer based surface plasmon resonance sensors for detection of Sudan dyes. Anal Methods. 2014. 6. P. 3751–3757.

Agbor N.E., Cresswell J.P, Petty M.C., Monkman A.P. An optical gas sensor based on polyaniline Langmuir-Blodgett films. Sensors and Actuators B. 1997. 41. P. 137–141.

Hu H., Nicho M.E., Trejo M., Saniger G.M. Adsorption kinetics of optochemical NH3 gas sensing with semiconductor polyaniline films. Sensors and Actuators B. 2002. 82. P. 14–23.

Tan C.K., Blackwood C.K. Interactions between polyaniline and methanol vapour. Sensors and Actuators B. 2000. 71. P. 184–191.

Sharma S., Nirkhe C.C., Penthkar S., Athawale A.A. Chloroform vapour sensor based on copper/polyaniline nanocomposite. Sensors and Actuators B. 2002. 85. P. 131–136.

Cruz C.M.G.S., Ticianelli E.A. Electrochemical and ellipsometric studies of polyaniline films grown under cycling conditions. Journal of Electroanalytical Chemistry. 1997. Vol. 428. Nо 1,2.

P. 185–192.

Kumar A., Whitaker G. Electro-deposit polyaniline on carbon electrode for voltammetric detection of lipase. Biosensors and Bioelectronics. 2005. 21. P. 513–517.

Al-Attar H.A., Al-Alawina Q.H., Monkman A.P. Spectroscopic ellipsometry of electrochemically thin film polyaniline. Thin Solid Films. 2003. 429. P. 286–294.

Ikegami K. Simultaneous determination of the thickness and the dispersion of the dielectric constant of a Langmuir-Blodgett film deposited on a CaF2 plate. Thin Solid Films. 2005. 483(1-2). P. 312–318.

Singh S., Solanki P.R., Pandey M.K., Malhotra B.D. Cholesterol biosensor based on cholesterol esterase, cholesterol oxidase and peroxidase immobilized onto conducting polyaniline films. Sensors and Actuators B. 2006. 115. P. 534–541.

Riuljr A., Dhanabalan A., Mattoso L.H.C., Oliveriajr O. Characterization of 16-mer polyaniline composite Langmuir-Blodgett films. Thin Solid Films. 1998. 329. P. 576–580.

Shyrshov Yu.M., Posudievskij O.Yu., Samolov A.V., Surovtseva E.R., Dushenyn Yu.V., Khrystosenko R.V., Venher E.F., Myrskyy V.M. Opredelenie opticheskikh konstant tonkikh plenok polianilina s pomoshch'yu poverkhnostnogo plazmonnogo rezonansa. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tekhnika. 2008. 43. C. 67–73.

Posudievsky O.Yu., Samoylov A.V., Surovtseva E.R., Khristosenko R.V., Kukla A.L., Shirshov Yu.M. Extraction of optical constants of the polyaniline thin films by surface plasmon resonance. Thin solid films. 2008. 516. P. 6104–6109.

Ovchynnykov Yu.A. Bioorganicheskaya khimiya. Moskva: Prosveshchenie, 1987. S. 230–238.

Luhovskoy E.V., Makohonenko E.M.,. Komysarenko S.V Molekulyarnye mekhanizmy obrazovaniya y razrusheniya fibrina: monografiya/Kyiv. Nats. akad. nauk Ukrayiny, In-t biokhimiyi. Kyiv: Nauk. dumka, 2013. 230 s.

Medved' L.V., Lytvynovych S.V. Mul'tidomennaya struktura molekuly fibrinogena. Biokhimiya zhivotnykh i cheloveka. 1989. 13. S. 18–27.

Doolittle R.F. Fibrinogen and fibrin. Ann. Rev. Biochem. 1984. 53. P. 195–229.

Wigren R., Eluring H., Erlandsson R., Welin S., Lundstrom I. Structure of adsorbed fibrinogen obtained by scanning force microscopy. FEBS. 1991. 280. P. 225–228.

Schaaf P., Dejardin P., Schmitt A. Reflectometry as a technique to study the adsorption of human fibrinogen at the silica/solution interface. Langmui. 1987. 3. P. 4731–4740.

Malmsten M. Ellipsometry studies of protein layers adsorbed at hydrophobic surfaces, Journal of colloid and interface science. 1994. 166. P. 333–342.

Johne B., Gadnell M., Hansen K. Epitope mapping and binding kinetics of monoclonal antibodies studied by real time biospecific interaction analysis using surface plasmon resonance. Journal Immunological Methods. 1993. 160. P. 191–198.

Dyr J.E., Rysava J., Suttnar J., Homola J., Tobiska P. Optical sensing of the initial stages in the growth and development of fibrin clot. Sensors and Actuators B. 2001. 74. Р. 69–73.

Rysava J., Dyr J.E., Homola J., Dostalek J., Krizova P., Masova L., Suttnar J., Briestensky J., Santar I., Myska K., Pecka M. Surface interactions of oxidized cellulose with fibrin(ogen) and blood platelets. Sensor and Actuators B. 2003. 90. Р. 243–249.

Snopok B.A., Kostyukevich K.V., Rengevych O.V., Shirshov Yu.M., Venger E.F., Kolesni-kova I.N., Lugovskoi E.V. A biosensor approach to probe the structure and function of the adsorbed proteins: fibrinogen at the gold surface. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 1998. Vol. 1. No 1. Р. 121–134.

Yegorov A.M., Osipov A.P., Dzantiev B.B. Teoriya i praktika immunofermentnogo analiza. Moskva: Vyssh. shkola, 1991. 288 s.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-11-04

Номер

Розділ

Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних