Kimia Sensor Berdasarkan Molecularly Imprinted Bahan Sol-GelTeknik sol-gel adalah salah satu alat yang paling menjanjikan dalam ilmu material. Fleksibilitas dengan metode ini memungkinkan kita untuk merancang bahan yang diinginkan pada suhu rendah, sebagai alternatif konvensional, seperti metode untuk kaca manufaktur dan produk lainnya. Sistem ini adalah yang paling layak untuk merancang bahan yang memiliki sifat unik. Umumnya, ini adalah proses mengenai transisi dari sistem dari cairan 'sol' (suspensi koloid dari partikel) menjadi padat 'Gel'. Ada tiga langkah untuk proses sol-gel; 1. Gelasi partikel koloid,2. Hidrolisis dan kondensasi poli reaksi prekursor alkoksida diikuti oleh pengeringan kritis,3. Metode ketiga sama dengan yang keduaPerbedaannya adalah dalam proses pengeringan, yang berlangsung pada suhu kamar.Alkoksida logam sangat terkenal prekursor. Setelah terkena air akan terhidrolisis. Parsial terhidrolisis molekul alkoksida bereaksi satu sama lain dan akan terjadi reaksi kondensasi serta membentuk cross-linked matriks membebaskan air atau alkohol. Representasi skematik proses sol-gel diilustrasikan pada Gambar 1. Ketika reaksi sedang berlangsung, viskositas meningkat matriks secara bertahap tergantung pada derajat silang, dan akhirnya berubah menjadi bahan yang saling berhubungan, homogen dan kaku, yang setelah penuaan, dikeringkan pada suhu kamar untuk mendapatkan produk akhir. Reaksi sol-gel dua langkah sangat tergantung pada beberapa parameter seperti pH larutan, jenis dan konsentrasi katalis yang digunakan untuk hidrolisis, suhu reaksi, waktu pemanasan, sifat (R) kelompok terpasang dan pelarut yang digunakan untuk proses ini. Disadari bahwa variabel-variabel yang berbeda memiliki pengaruh besar pada karakteristik mendasar dari bahan sol-gel seperti homogenitas, porositas, indeks bias, luas permukaan dan sifat mekanik dan termal. Bahan-bahan yang terbentuk di bawah teknologi sol-gel telah menemukan berbagai aplikasi dalam berbagai bidang, seperti industri kaca, keramik, dan film tipis, sensor biologi dan kimia yang berbeda. Ada beberapa fitur yang melekat dari bahan sol-gel yang membuat alat ini menjanjikan untuk merasakan aplikasi. Materi sensitif dapat dihasilkan dengan menambahkan beberapa unsur pengakuan di sol-gel matriks selama sintesis, yang tidak berinteraksi secara kimia dengan lingkungan. Pengakuan ini atau molekul template ditelan dalam matriks sol-gel. Proses melanda template untuk menghasilkan bahan sol-gel difungsikan disesuaikan dengan doping atau prosedur okulasi. Doping adalah fenomena fisik di mana molekul template terperangkap oleh rantai polimer sementara grafting melibatkan pembentukan ikatan kovalen. Teknik doping sangat sederhana dan hampir berlaku untuk semua sistem dibandingkan dengan metode okulasi. Satu-satunya masalah yang terkait dengan doping adalah pencucian template, yang merupakan faktor utama dalam pengendalian ukuran pori. Keuntungan utama dari sol gel bahan dalam pembentukan film tipis lapisan ketinggian yang sangat kecil yaitu, dalam kisaran nanometer. Lapisan-lapisan tipis yang diproduksi oleh spin coating atau pelapisan penurunan metode. Kecepatan coater berputar membantu kita untuk mengontrol ketebalan film. Aplikasi potensi film tipis ini adalah untuk mengembangkan sensor optik karena mereka transparan dalam daerah tampak. Sensor ini bekerja untuk deteksi ion logam, pemantauan pH dan di beberapa bidang lainnya. Film-film sol-gel juga dapat ditambah dengan serat optik untuk mengembangkan sensor gelombang [2].Gambar 1 Langkah deskripsi dari proses sol-gel.

Imprinting Molekuler [18] adalah cara tepat untuk merancang antibodi buatan yang digunakan untuk menghasilkan karakteristik pengakuan dalam matriks polimer. Dalam metode ini, template ditambahkan dalam matriks polimer, rantai polimer mengatur dirinya sendiri di sekitar molekul template, yang dapat terpisah dengan pemanasan atau mencuci metode tanpa mengganggu geometri polimer. Penghapusan template dari matriks polimer meninggalkan rongga adaptif yang sangat halus yang mampu reversibel ulang inklusi. Memperkenalkan efek pencetakan ilmu pengetahuan sol-gel, penginderaan berpengaruh pada bahan sehingga dapat dirancang dapat digunakan untuk penginderaan biologis yang berbeda dan lingkungan monitoring. Imprinting molekuler memiliki kemampuan untuk membuat template yang dioptimalkan rongga sensitif untuk analit ulang inklusi tanpa berinteraksi secara kimia dengan sistem polimer. Di sisi lain, bahan sol-gel keramik anorganik dengan sifat yang diinginkan dapat diproduksi dan dapat menghadapi suhu lingkungan sekaligus menjaga fitur yang disesuaikan. Kombinasi dari kedua strategi mengarah pada pengembangan bahan yang sangat sensitif dan kuat yang memiliki sinergis efek. Meskipun penerapan molecularly imprinted bahan sol-gel untuk memproduksi sensor masih sulit, tetapi itu menjanjikan untuk kemajuan menuju sistem penginderaan modern. Tetapi ada beberapa penelitian yang mulai mengembangkan sol-gel yang mempertimbangkan aplikasi di bidang sensor kimia.Berikut secara singkat menjelaskan cara unik dimana dicantumkan sol-gel permukaan dapat digunakan untuk aplikasi sensor.Teknologi sol-gelSekitar 150 tahun yang lalu, Ebelman [19] dan Graham [20] mempelajari tentang gel silika melahirkan dimensi baru dalam bahan kimia yaitu, pengolahan sol-gel anorganik. Penelitian awal yang dilakukan pada tetra etil oxy silan Si (OC2H5) 4 untuk mensintesis jaringan SiO2 dengan katalis asam. Kemudian, ilmu sol-gel telah menjadi strategi yang paling menonjol dalam desain material. Reaksi ini dilakukan dengan hidrolisis alkoksida logam M (OR) n prekursor dan langkah-langkah kondensasi poli di misalnya media cair, alkohol atau pelarut dengan berat molekul rendah yang khas. Setelah reaksi hidrolisis inisiat, merambat kondensasi, yang mengarah pada pembentukan jaringan sol-gel dan beberapa produk sampingan lainnya seperti air atau alkohol, yang dapat dengan mudah dihilangkan dengan proses pengeringan. Dengan cara ini viskositas sistem secara bertahap meningkat. Di titik, gel interkoneksi satu sama lain dan mengembangkan jaringan yang kuat. Reaksi dapat dihentikan atau berkepanjangan selama pembentukan gel untuk mendapatkan produk akhir dari fitur yang diperlukan. Bahan produk akhir dapat dikonfigurasi dalam berbagai bentuk seperti bubuk atau dispersi bentuk, film tipis, serat dan monolit, dll. Salah satu prestasi yang paling menarik dari teknik ini adalah bahwa bahan hibrida organik dan zat anorganik dapat disintesis. ORMOSIL Bahan-bahan hibrida bernama [21,22] (silikat awalnya dimodifikasi), yang mengandung kedua rasa sifat organik dan organik. Bahan dapat dimodifikasi sesuai dengan aplikasi yang cocok di berbagai bidang dengan memvariasikan komposisi prekursor, katalis dan kondisi reaksi lainnya.

Sol-Gel Berbasis Kimia SensorSensor optik untuk Penentuan pHSensor optik berdasarkan film tipis sol-gel menawarkan keuntungan signifikan atas sistem penginderaan lainnya, karena didasarkan pada film tipis yang dihasilkan oleh metode sol-gel. Ketika cahaya berinteraksi dengan film tipis, sifat optik berubah, yang biasanya disebabkan dengan menambahkan beberapa optik molekul sensitif atau dengan memvariasikan beberapa parameter physiochemical eksternal seperti suhu, tekanan atau beberapa radiasi. Perubahan perilaku film tipis yang dipantau akan memproses sinyal optik. Salah satu sensor optik yang dilaporkan berdasarkan film tipis sol-gel adalah sensor pH. Sensor ini sangat sensitif, luas dan menunjukkan respon reversibel dan cepat. Diproduksi dengan menggabungkan indikator pH atau pH pewarna sensitif ke dalam matriks sol-gel. Kebanyakan sensor optik yang digunakan untuk Penentuan pH didasarkan pada fluoresensi atau absorbansi pengukuran. Kombinasi optik serat dengan film tipis yang sensitif sol-gel dapat mengarah pada pengembangan sensor pH tertentu, yang memiliki berbagai keuntungan dan waktu respon yang lebih singkat.Sensor untuk Senyawa IonikFilm silan Tipis ditemukan untuk berbagai aplikasi penginderaan optik beberapa senyawa ionik seperti ion logam. Bahan Sol-gel membantu kita mendeteksi ion logam dengan dua cara: Pertama, kelompok silan mampu melakukan penginderaan yang cukup untuk ion logam karena mereka memiliki area permukaan besar, dan kedua, karena adanya molekul pengakuan terperangkap. Fitur-fitur ini memberikan luar biasa sensitivitas untuk mendeteksi ion logam.Gas Tahap Sensing Berdasarkan sensor optik Beberapa sol-gel juga telah diusulkan untuk mendeteksi gas yang berbeda seperti oksigen, karbon dioksida, amonia dan banyak lainnya. Permintaan tumbuh untuk mendeteksi fase gas menyebabkan pengembangan sistem sensor modern berdasarkan film sol-gel tipis, yang dianggap lebih berguna daripada metode amperometri biasa. Sensor BiologiPencapaian besar dalam teknologi sensor sol-gel adalah induksi sukses beberapa elemen biologi seperti enzim, bakteri, protein dan bahkan seluruh sel. Fitur menarik dari strategi ini adalah bahwa elemen biologis yang terperangkap tidak kehilangan fungsi struktural dan mempertahankan karakteristik asli. Aplikasi pertama dari biosensor sol-gel adalah berdasarkan interaksi antara hemoglobin, mioglobin untuk CO dan NO.

Mocularly Imprinted Bahan Sol-Gel sebagai Sensing Alat Inovatif Konsep pengakuan molekul dikaitkan dengan kunci dan mekanisme kunci, yang pertama kali dilaporkan oleh Pauling [57] untuk menjelaskan teori pengakuan. Ide ini berhasil diterjemahkan oleh teknik pencetakan molekul, yang pertama kali diperkenalkan oleh Kiefer et al. [58] dan Wulff [59], independen dalam sistem polimer organik sintetis. Sejak itu, skema ini telah menemukan banyak aplikasi dalam proses pemisahan, immunoassay, sistem pengenalan biosensor dan beberapa lainnya sensor kimia. Pada dasarnya, pencetakan molekul adalah dari dua jenis: satu didasarkan pada kovalen mengikat dilaporkan oleh Wulff [60] dan yang lainnya adalah interaksi non-kovalen Mosbach [61,62], di mana kedua teknik memiliki kelebihan dan kekurangan mereka sendiri. Sebuah contoh khas dari molekul pencetakan dalam sistem sol-gel disajikan oleh skema reaksi berikut (Gambar 5). Hal ini jelas dari diagram bahwa polimer dicetak mempertahankan bentuk dan ukuran template setelah penghapusan. Dengan demikian, molecular imprinted polimer (MIP) bertindak sebagai bahan penginderaan untuk analit tertentu. Gambar 5 Deskripsi pengolahan sol-gel molekul tercetak (diadaptasi dari Ref. [70]).

Molecular imprinted teknik sol-gel juga telah digunakan dalam industri farmasi untuk tujuan pemisahan. Lisinopril dehidrasi, yang merupakan farmasi aktif dalam berbagai obat formulasi, telah berhasil tercetak dalam polimer sol-gel akrilik dan diuji pada kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC). Bahan sol-gel dicetak, ditampilkan, dan ditingkatkan selektivitasnya untuk ekstraksi lisinopril dalam zat terkait dan bahan obat non-aktif lainnya.Bahan yang dirancang menunjukkan hasil direproduksi selama waktu delapan bulan, yang menunjukkan sifat kuat polimer sintetis. (Leung et al. [85])Dengan mengembangkan matriks sensor inovatif berdasarkan imprinted sol-gel bahan penginderaan luminescent molekuler untuk deteksi yang sangat sensitif berbahaya herbisida. Deteksi non-fluorescent herbisida yaitu, 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid, telah dimungkinkan dengan menggunakan foto diinduksi mekanisme transfer elektron (PET). Penerapan PET untuk tujuan penginderaan dalam polimer sintetis yaitu, bahan MIP sol-gel, tampaknya menarik untuk menanamkan sifat fluoresensi. Senyawa nonfluoresensi, yang cukup berguna untuk transduksi sinyal. Dilaporkan di (Fireman-Shoresh et al. [86]) bahwa bahan-bahan sol-gel dapat disesuaikan untuk adsorpsi dan tujuan pemisahan melalui strategi pencetakan molekuler. Kelompok ini ([87]) berhasil disintesis molekuler imprinted film polimer enantio selektif untuk membedakan pasangan enansiomer berikut sol-gel dengan rute. Lapisan dirancang menunjukkan selektif masuknya senyawa tertentu atas enantiomer berlawanan, yang tidak digunakan dalam prosedur pencetakan. Sebuah model diagram untuk sensor enansiomer ditunjukkan pada Gambar 9. Diskriminasi sensitif dan selektif antara berbeda pasangan enansiomer dicapai dengan menghasilkan domain kiral dalam polimer dicetak.Ini adalah milik sol-gel dan pencetakan teknik yang telah memungkinkan kita menyesuaikan produk akhir yang dibutuhkan fitur. Bahkan, kondisi reaksi ringan dan berbagai prekursor alkoksida logam sol-gel.Metode mendorong perkembangan film kiral. Kelompok yang sama [88] menunjukkan pencetakan pertama sukses untuk senyawa organologam seperti ferrocene derivatif. Sifat pilihan diukur dengan teknik voltametri siklik dan persegi. Enantio lapisan ini sol-gel selektif dicetak sangat sensitif dan menunjukkan sinyal yang sangat baik pada 1 nM (0,2 ppb) tingkat konsentrasi. Selain itu, pola selektivitas yang signifikan diamati ketika lapisan sensitif terkena senyawa struktural akiral dari kelas yang sama.Gambar 9 Skema sensor enansiomer berdasarkan molekuler dicantumkan sol-gel