Биосенсоры потенциометрические

К данной группе относят специальные устройства, которые состоят из индикаторного электрода и соединенного с ним гидрофильного слоя, содержащего биокатализатор (ферменты, бактерии, грибы, ткани растений и животных и т.п.). Многие биосенсоры содержат еще и полупроницаемую мембрану. Принцип их действия основан на диффузии определяемого вещества в тонкий слой биокатализатора, в котором протекает индикаторная реакция. При этом определяемое вещество (хотя и не всегда) превращается в форму, пригодную для регистрации потенциометрического сигнала. В качестве биокатализаторов обычно используют ферменты. Можно применять также химические реакции, протекающие в клетках, липосомах или в срезе биологической ткани, прикрепленной к индикаторному электроду. [c.213]

Полевые транзисторы (как и биполярные) находят применение в различных аналоговых и цифровых схемах - как с дискретными элементами, так и в интегральных. В последних наиболее широко применяются МДП-транзисторы с индуцированным каналом. Высокое входное сопротивление таких транзисторов является ценным качеством при создании электронных средств для потенциометрических измерений. На основе МДП-транзисторов созданы рН-метрические, ионоселективные и биосенсоры, используемые в биологии и медицине, а также для контроля за содержанием загрязнителей в объектах окружающей среды. В таких сенсорах затвор транзистора выполняет роль индикаторного электрода. [c.34]

Описаны многочисленные конструкции потенциометрических и амперометрических холинэстеразных биосенсоров [84 . В частности, интерес представляст потенциометрическая система на основе двух платиновых электродов. Измеряемой величиной является потенциал одного из элекфодов, который служит анодом В ячейку вносят раствор бутирил-тиохолиниодида (0,002 моль/л) с pH 7,4. При введении в раствор аликвоты пробы, содержащей холинэстеразу, потенциал анода понижается, причем скорость его изменения АЕ/А1 зависит от природы фермента и концентрации фосфорорганических веществ (систокс, паратион, зарин и др.) в растворе. Пределы обнаружения составляют для зарина - 0,0002, систокса - 0,01 и паратиона - 0,18 мкг/мл. Погрешность определений - [c.293]

По конструкции и принципу действия амперометрические биосенсоры аналогичны потенциометрическим биосенсорам (раздел 6.4), однако о концентрации определяемого компонента в этом случае судят по изменению тока, а не потенциала. В зависимости от природы определяемого вещества применяют датчики различных типов. Диапазон линейности концентрационной зависимости для амперометрических биосенсоров охватывает от двух до четырех порядков с нижней границей определяемых содержаний от [c.499]

Применяются самые разнообразные физические трансдьюсеры электрохимические, оптические, термические, пьезоэлекфические, акустические и т.д. В настоящее время наиболее широко используются биосенсоры с электрохимическими преобразователями. Одни из них представляют собой специальный электрод, на который нанесен слой биоматериала, а другие регистрируют ток электрохимической реакции одного из участников ферментативного процесса на поверхности электрода. Первые относятся к потенциометрическим сенсорам, а вторые - к амперометрическим. Функционально биосенсоры сопоставимы с биорецепторами, которые преобразуют реакцию живых организмов на воздействие окружающей среды в электрические сигналы [c.292]

В зависимости от измеряемого параметра, характеризующего чувствительность датчика к определенному компоненту, выделяют электрохимические (потенциометрические, вольтамперометрические, амперометрические, кулонометрические, кон-дуктометрические), оптические (спектрофотометрические, люминесцентные), чувствительные к изменению массы (пьезоэлектрические и акустико-поверхностно-волновые), магнитные и термометрические датчики. Дополнительная классификация химических сенсоров проводится по определяемому компоненту пробы. Соответственно сенсоры делятся на ионные, молекулярные, газовые, биосенсоры, включая ферментативные и иммуносенсоры. Учитывая сложность классификации (полная классификация и история создания сенсоров может быть найдена в работе [330]) и разнообразие химических сенсоров, в данной главе представлены лишь отдельные группы сенсоров, в которых существенную роль играет модифицирование поверхности неорганических носителей. [c.468]

Рассматривая ферменты как специфические химические преобразователи, переводящие определяемое вещество в форму, детектируемую физическими или химическими методами, удалось придумать и разработать новый класс сенсоров, для которых характерна чувствительность к биологическим соединениям. Перспективным путем повышения селективности и чувствительности и расширения возможностей этих устройств является комбинирование различных ферментов, например эстераз, дегидрогеназ и оксидаз с детекторами-полярографическими, кондуктометрическими, потенциометрическими, акустическими и оптическими. Б первых ферментных электродах ферменты физически удерживались на поверхности сенсора или в непосредственной близости от нее. Позже были предложены методы химической иммобилизации, осаждения и другие. Коферменты также физически или химически закрепляются на поверхности сенсора. Перевод фермента в нерастворимую форму как способ увеличения его времени жизни позволяют избежать осложнений, связанных с осмотическими явлениями в коллоидных растворах, особенно когда в ферментном электроде используется проницаемая для определяемого компонента мембрана В идеальном случае ферментный биосенсор должен работать непосредственно в неразбавленной цельной крови, подобно газовым и рН-электродам, в свое время произведшим революцию в анализе. [c.11]

Комбинированные потенциометрические датчики включают в себя ионоселективные электроды, отделенные от исследуемого раствора еще одной мембраной, которая селективно пропускает определенный компонент анализируемого раствора или преобразует этот компонент в соответствующую форму в результате специфической химической реакции. Эта группа сенсоров включает газочувствительные электроды, ферментные электроды и другие биосенсоры. Газочувствительные электроды будут обсуждаться в настоящем разделе, а потенциометрическим биосенсорам посвящена отдельная глава (гл. 8). [c.91]

Глава 10 Потенциометрические биосенсоры на основе редокс-электродов [c.131]

В данную группу сенсоров входят специальные устройства (см. разд. 3.4), состоящие из внутреннего ионоселективного электрода (обычно стеклянного) и соединенного с ним активного гидрофильного слоя. В этом слое один из компонентов анализируемого раствора (как правило, определяемое вещество, хотя и не всегда) превращается в форму, пригодную для потенциометрического измерения при помощи внутреннего ИСЭ. В качестве специфических химических реакций, лежащих в основе работы биосенсоров, обычно используют ферментативные реакции, которые проходят в гидрофильной мембране, содержащей подходящим способом иммобилизированный фермент. Можно применять также биохимические реакции, протекающие непосредственно в клетках или в моделях клеток, липосомах, которые иммобилизированы в тонком слое, прилетающем к ИСЭ, или, наконец, реакции в срезе биологической ткани, прикрепленном к ИСЭ (разд. 8.2). Активный ферментный слой непосредственно контактирует с ИСЭ, как, например, в ферментном электроде (разд. 8.1), или располагается в проточной системе таким образом, чтобы исследуемый раствор вначале соприкасался с слоем иммобилизированного фермента, а затем образующийся продукт реакции определялся при помощи проточного ИСЭ. В последнем случае речь идет об электроде с ферментным реактором [29] (рис. 8.1). ИСЭ можно также применять для определения продуктов ферментативных реакций, происходящих в гомогенной среде. Однако такой случай здесь рассматриваться не будет. [c.238]

Развитие потенциометрических биосенсоров часто связывают с продолжением исследований в области ИСЭ. Такое представление обусловлено двумя причинами. Во-первых, большинство высокоимпедансных электрохимических биосенсоров, описанных в литературе, включают ИСЭ во-вторых, многие признают, что причиной разработки этих модифицированных электродов было просто желание расширить аналитические возможности базового датчика. [c.131]

Теория, типы и рабочие характеристики биосенсоров на основе ИСЭ рассмотрены в предыдущей главе. Здесь мы обсудим еще один тип таких устройств, а именно биосенсоры на основе редокс-электродов. Они менее избирательны и, следовательно, могут иметь более разнообразные применения. Чтобы понять принципиальные различия между двумя типами потенциометрических биосенсоров, сравним эти системы. [c.131]

В принципе существуют два подхода к созданию потенциометрических биосенсоров на основе редокс-электродов можно конструировать либо биокаталитическую поверхность, либо блокированную границу раздела. В качестве примеров биокатализа на [c.133]

Несмотря на большие надежды, возлагаемые на потенциометрические биосенсоры, и немалое количество интересных результатов, данная область ионометрии до сих пор не получила заметного распространения в практике аналитической химии [10а, 33а]. Единственное достойное упоминания исключение представляет глюкозный ферментный электрод, который, однако, будучи амперометрическим сенсором, по сути не является предметом обсуждения в настоящей книге. И даже в этом случае подавляющее число клинических анализов на глюкозу по-прежнему ведется спектрофотометрическим методом. [c.238]

Вторая фуппа холинэстеразных биосенсоров представляет собой амперометрические датчики. Индикаторной реакцией, генерирующей аналитический сигнал, является электрохимическое окисление или восстановление продуктов ферментативного гидролиза на поверхности электрода Данные биосенсоры отличаются быстродействием (время измерения 12-15 с) и более высокой чувствительностью по сравнению с потенциометрическими устройствами. При этом обеспечивается постоянство отклика в широком диапазоне концентраций определяемых компонеигов. [c.293]

Амперометрические биосенсоры на основе иммобилизованной холинэстеразы представляют собой устройства, позволяющие огфеделять токсичные вещества на более низком уровне, чем в случае потенциометрических датчиков. Можно вьщелить два принципиальных подхода к конструированию амперометрических биосенсоров использование синте-294 [c.294]

Во второй, самой большой, части книги (19 глав) детально рассматриваются электрохимические биосенсоры. Первые две главы отведены потенциометрическим сенсорам на основе ионоселективных и редокс-электродов. Следующие 13 глав посвящены наиболее разработанным амперометрическим биосенсорам-принципам их действия, теории, методам исследования, конструированию, практической реализации и применению. Детально описаны различные глюкозные сенсоры, работающие как in vitro, так и in vivo. [c.7]

О биосенсорах, т. е. сенсорах, включающих биологический материал (рис. 1.4), впервые сообщалось на симпозиуме New York A ademy of S ien es в 1962 г. [6]. В этом сообщении было предложено использовать ферментные преобразователи, встроенные в мембраны (так, что получается подобие сандвича), чтобы сделать электрохимические сенсоры (pH, полярографические, потенциометрические или кондуктометрические) более совершенными. В результате получились сенсоры, специфически чувствительные к определенным субстратам, поскольку они детектировали образование продукта ферментативной реакции или расход одного из участвующих в этой реакции веществ. Описана, в частности, комбинация глюкозооксидазы с Ог-электродом Кларка для определения глюкозы по убыли содержания кислорода при превращении глюкозы в глюконовую кислоту и пероксид водорода. [c.14]

До сих пор все представляющие интерес для изготовления биосенсоров ткани использовались в сочетании с потенциометрическим аммиачным мембранным электродом. В работе [32] был впервые описан амперометрический тканевый биосенсор, в котором слой ткани печени быка иммобилизовали на датчике, чувствительном к кислороду, и определяли пероксид водорода. Печень быка содержит значительное количество фермента каталазы, который катализирует реакцию 2Н2О2 - Oj -Ь 2Н2О. Образование кислорода контролируется амперометрически. [c.47]

Для конструирования биосенсоров можно эффективно использовать и другие виды растительных материалов. Например, для определения цистеина на поверхности аммонийного датчика иммобилизуют модифицированные листья огурца. Вообще листья растений, по-видимому, имеют много преимугцеств как биокатализаторы благодаря своему строению. Многие листья имеют многослойную структуру, включающую восковое покрытие (кутикулу) с внешней стороны листа, слой эпидермальных клеток (эпидермис) и примыкающий к нему губчатый промежуточный слой те же слои повторяются в обратном порядке на другой стороне листа. Кутикула обладает гидрофобными свойствами, однако проницаема для газов. Газообмен осуществляется через небольшие отверстия на поверхности листа, называемые устьицами. Губчатый промежуточный слой наиболее активен в метаболических процессах с участием газов. Для получения биокаталитических мембранных электродов срезают кутикулу с наружной или нижней стороны листа и помещают оставшуюся часть листа на газочувствительный потенциометрический электрод так, чтобы открытый эпидермальный слой находился в контакте с анализируемым раствором, а газопроницаемая восковая кутикула-с внутренними элементами сенсора. [c.52]

Потенциометрические биосенсоры с ИСЭ и редокс-электродами различаются по электрохимическим реакциям, протекающим на соответствующих электродах. В ИСЭ чувствительным элементом является мембрана с избирательной проницаемостью, н это позволяет следить за событиями, связанными с ионным обменом на границе эаздела мембрана/раствор (рис. 10.2) [7]. Классическими примерами селективно [c.131]

Амперометрия является перспективным направлением развития биосенсоров для применения как in vivo, так и in vitro. Широкий динамический диапазон концентраций (10 -10 ) позволяет более широко применять ее на практике, чем потенциометрическое детектирование. Проблема заключается лишь в эффективном сопряжении специфических биохимических реакций с процессами, обуславливающими отклик электрода. Такие сенсоры могут функционировать в исключительно неоднородной среде и (в случае имплантируемых сенсоров) при температуре 37 °С. [c.146]

Что касается применения кондуктометрии в биосенсорах вообще, авторы [13, 134, 135] недавно подчеркнули, что большинство реакций, используемых в потенциометрических и амперометрических ферментных электродах, например зависимые от концентрации мочевины изменения pH и р1 в электродах, содержащих уреазу, могут быть на том же уровне, или лучше, оценены кондуктометрически. Аналогично авторы [6] использовали связанные с ферментативной реакцией изменения емкости двойного электрического слоя симметричных металлических электродов как меру активности фермента или субстрата. Такие измерения стремятся проводить на одной частоте, не обсуждая вопрос о том, что в случае многочастотных измерегшй могли бы получиться более селективные и информативные сенсоры. [c.358]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология