Можно выделить два различающихся направления наноаналитики.
Первое относится к методам и средствам изучения нанообъектов как таковых. Оно включает использование современных методов сканирующей зондовой микроскопии (сканирующей туннельной, атомно-силовой), растровой и просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной и Оже электронной спектроскопии, оптической спектроскопии в видимой и ультрафиолетовой областях, дифракции медленных и отраженных быстрых электронов, рентгеновской спектроскопии й дифракции. Цель исследований в этой области — характеризация нанообъектов, наблюдение за ними, иногда манипуляции с ними. Часто говорят, что само формирование нанонауки и нанотехнологии в значительной степени обязано разработке подобных методов. В данном направлении аналитики работают относительно редко; нанообъекты чаще изучаются химиками-неорганиками, материаловедами, нанобиотехнологами, физиками. Наметилась тенденция к применению этих методов для количественного анализа нанообъектов и распознавания отдельных атомов на поверхности, чему способствует высокая разрешающая способность некоторых методов. Другая тенденция — объединение в одном приборе трех-четырех функций, что позволяет, кроме морфологии поверхности, изучать ее химический состав.
Второе направление, более близкое читателям журнала, — это использование нанообъектов в качестве средства при решении более или менее обычных аналитических задач. В этом направлении выполнено уже огромное число работ с использованием разнообразных аналитических методов, чаще всего спектроскопических и электрохимических, и весьма различающихся нанообъектов. Назовем некоторые области исследований и разработок.
Наночастицы золота и серебра, а также квантовые точки (CdS, ZnSe и др.) как основа чувствительных элементов в спектрометрическом (поверхностный плазменный резонанс) и люминесцентном анализе, наносенсорах, особенно в биоанализе (нанобиосенсоры на ДНК и др.).
Функционализированные наночастицы кремнезема (например, ферментами) для определения биомолекул.
Углеродные нанотрубки в качестве сорбентов (и не только).
Наноструктурированные электроды и те же нанотрубки в электрохимических методах анализа.
Наноструктурированные полимеры и кремнеземные материалы с молекулярными отпечатками как селективные сорбенты, мембраны и чувствительные элементы.
Мицеллы и близкие к ним наноструктуры как химические реакторы в фотометрическом и люминесцентном анализе.
Мицеллярная электрокинетическая хроматография и мицеллярная экстракция без участия органических растворителей.
Так, наночастицы золота и серебра применяют для оптического (поглощение, флуоресценция, светорассеяние), а также электрохимического обнаружения биомолекул, включая ДНК. Квантовые точки (CdS, CdSe, CdTe, ZnS, PbSe и др.) образуют с биоаналитами конъюгаты, с помощью которых эти биоаналиты можно обнаруживать и определять, особенно люминесцентным методом. При этом достигается очень высокий выход люминесценции и относительно узкие спектральные полосы. Мицеллярная и микроэмульсионная электрокинетическая хроматография — хорошо развитый метод.
В Саратове в 2007 г. был проведен симпозиум по наноаналитике, причем рассматривалось главным образом второе направление, т.е. собственно аналитическое использование нанообъектов. Можно указать небольшое пособие по использованию нанотехнологий в химических сенсорах [1], многочисленные обзоры С.Н. Штыкова, например [2], статью М. Валкарселя и др. "Аналитическая нанонаука и нанотехнология сегодня и завтра" [3], статью об использовании наночастиц в методах разделения [4]. В.Е. Боченков и Г.Б. Сергеев опубликовали обзор о наночастицах для сенсоров [5].
В качестве недавних частных примеров можно назвать использование наночастиц силикагеля с нанесёнными на них ферментами для создания биосенсоров [6] или создание сенсора на оксид азота с использованием углеродных нанотрубок [7]. Этот сенсор позволяет детектировать NO в биологических объектах в режиме реального времени и с пространственным разрешением. Одностенные нанотрубки были модифицированы прививкой к ним декстрана, который в свою очередь функционализирован 3,4-диаминофенолом. При воздействии ИК-излучения близкой области сенсор флуоресцирует, но в присутствии оксида азота флуоресценция гасится, причем весьма селективно. Поскольку ближнее ИК-излучение проникает и в живые ткани, появляется возможность обнаруживать NO прямо в отдельных местах организма.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Русанова Т.Ю., Штыков С.Н. Нанотехнологии в оптических и пьезоэлектрических сенсорах. Саратов: Изд-во "Научная книга", 2009. 64 с.
2. Штыков С.Н., Русанова Т.Ю. // Рос. хим. журн. 2008. Т 52. № 2. С. 92.
3. Valcarcel М., Simonet В.М., Cardenas S. // Anal. Bioanal. Chem. 2008. V. 391. P. 1881.
4. Guihen E., Glennon J.D. // Anal. Lett. 2003. V 36. № 15. P. 3309.
5. Боченков B.E., Сергеев Г.Б. // Успехи химии. 2007. Т. 76. № 11. С. 1085.
6. Wu Yafeng, Chen Chengliang, Liu Songqin. // Anal. Chem. 2009. V. 81. P. 1600.
7. Chem. Eng. News. 2009. August 31. P. 25. См. также: Nat. Chem. 2009. V. 1. P. 473.