Тема 16. Биосенсоры – экспресс методы анализа

В последние годы разрабатываются экспресметоды анализа, характеризующиеся высокой доступностью, и, вместе с тем, обладающие достаточными уровнями чувствительности и избирательности. Особый интерес вызывает возможность миниатюризации подобных аналитических устройств. Наиболее яркими представителями аналитических систем, сочетающих в себе перечисленные качества, являются биосенсоры.

Идея создания такого рода устройств существует уже около 30 лет. Впервые ее высказали, по-видимому, Л. Кларк и X. Лионс в 1967 г. Идея Кларка состояла в использовании ферментного электрода, то есть электрохимического датчика с иммоби­лизованным на его поверхности ферментом. За прошедшие де­сятилетия эта идея получила достаточное развитие. Создано и исследовано много систем, некоторые получили апробирование и промышленную реализацию

Большинство биосенсоров ориентированы на анализ биоло­гических жидкостей. Так, в крови находятся тысячи различных соединений. Задача заключается в том, чтобы быстро и эффек­тивно определить концентрацию нужного соединения, например, глюкозы. Биосенсоры обеспечивают такую возможность. Для людей, страдающих диабетом, это жизненно важный клини­ческий анализ.

В данном устройстве чувствительный слой содержит биологический матерная: ферменты, ткани, бактерия, дрожжи, антигены/антитела, липосомы, органеллы, рецепторы; ДНК, не­посредственно реагирующий на присутствие определяемого компонента, генерирует сигнал, функционально связанный с концентрацией этого компонента. Конструктивно биосенсор представляет собой комбинированное устройство, состоящее из двух преобразователей, или трансдьюсеров, — биохимическо­го и физического, находящихся в тесном контакте друг с дру­гом. Биохимический преобразователь, или биотрансдьюсер, выполняет функцию биологического элемента распознавания, преобразуя определяемый компонент, а точнее, информацию о химических связях, в физическое или химическое свойство или сигнал, а физический преобразователь это свойство фиксирует с помощью специальной аппаратуры. В данном случае реализуется принципиально новый способ получения информации о химическом составе раствора. Наличие в устройстве биоматериала с уникальными свойствами позволяет с высокой точностью определять нужные соединения в сложной по составу смеси, не прибегая ни к каким дополнительным операциям, связанным с использованием других реагентов, концентрированием и т.д. (отсюда и название – безреагентные методы анализа).

Существует большое разнообразие физических трансдьюсеров: электрохимические, спектроскопические, термические, пьезоэлектрические, трансдьюсеры на поверсхности на поверхностных акустических волнах и т.п. В настоящее время наибольшее распространение получили электрохимические преобразователи. Одни из них генерируют потенциал на специальном электроде, на поверхность которого нанесен слой биоматериала, другие – электрический ток реакции продукта превращения определяемого вещества на поверхности электрода, вызванного биоматериалом, т.е. существуют потенцио- и амперометрические биосенсоры. Если физический преобразователь использует изменение светопоглощения в области биослоя, то такой биосенсор называется, например, оптоволоконным, поскольку измеряемый сигнал будет передаваться измерительному прибору по оптическому волокну. Соответствующий физический преобразователь по аналогии с электродом называют оптродом. По названию преобразователя можно сделать вывод о характере физического свойства, которое измеряется аппаратно, причем, как правило, при таком измерении используется микропроцессорная техника, позволяющая сделать устройство достаточно компактным.

Дата добавления: 2015-07-13