Сенсор ферментативные

Калориметрические сенсоры основаны на миниатюрных калориметрах и применяются для растворов (разд. 7.5). В простейшем случае проба проходит через реактор, иа выходе которого тепло реакции измеряют термистором. Для определения субстратов (разд. 7.8) в реакторе иммобилизуют фермент. Такое устройство не является сенсором в строгом смысле нашего определения, поскольку контроль не непрерывен. Измерение теплового эффекта реакции стали практиковать, используя отдельные ферментативные реакции. Возможно определение мочевины, пенициллина, глюкозы, сахарозы, холестерина или лактата. [c.513]

Внешние определения с меткой Ферментативный внешний оптический сенсор [c.549]

В оптических измерениях возможно использование пероксида вс орода или других продуктов ферментативных реакций таким же образом, как е злектро-химических сенсорах. [c.549]

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]

Электрохимические сенсоры. Существующие химические сенсоры в основном ( 90%) являются электрохимическими и включают большую группу модифицированных электродов, в том числе ион-селективных и ферментативных. Наиболее простой и употребимый метод создания модифицированных электродов — это механическое включение электроактивных соединений в полимерную мембрану, например из желатины, полиакриламида, полиуретана или поливинилхлорида, закрепляемую на индикаторном электроде. Использование пластифицированных мембран имеет ряд недостатков, среди которых малая продолжительность жизни , нестабильность в работе из-за вымывания пластификатора и активного компонента из мембран и др. Отсюда вытекают основные требования к химическому модифицированию поверхности затвора однородность поверхностного слоя по толщине и распределению прививаемых соединений, сохранение стабильности в рабочих условиях. На наш взгляд наибольшие перспективы представляет ковалентное закрепление соединений, включающее обработку кремнийорганическими модификаторами, поскольку полимерное капсулирование не всегда обеспечивает требуемую толщину покрытия и его однородность, а адсорбционное модифицирование не гарантирует стабильности при эксплуатации. Поэтому стратегия развития электрохимических датчиков направлена на ковалентное закрепление активного компонента на поверхности неорганического носителя. [c.468]

Как и можно было ожидать для сенсора, в котором используется эффект ингибирования ферментативной реакции, недостатком смешанного сенсора на основе картофельной ткани является мешающее влияние различных ингибиторов кислой фосфатазы, Из них следует упомянуть такие соединения, как нитраты, бораты, молибдаты и органические фосфаты. Глюкоза и глюкозо-6-фосфат также могут создавать помехи, поскольку в их присутствии может меняться скорость выделения кислорода. Однако при соответствующей подготовке проб концентрацию как фосфат-, так и фторид-ионов можно определить довольно точно. [c.51]

Систему цитохром с-золотой модифицированный дипиридилом электрод используют в ферментных сенсорах L-лактата [10], оксида углерода [52] и пероксида водорода [27]. Цитохром с из сердца лошади восстанавливают по ферментативной реакции [c.220]

При уменьшении размеров сенсора не должны меняться характеристики (геометрические, физические и ферментативные), определяющие его аналитические свойства. [c.322]

Независимость функционирования детектора пероксида водорода от концентрации кислорода является важным преимуществом при конструировании сенсора. Тем не менее следует учитывать локальную концентрацию кислорода, необходимую для протекания ферментативной реакции в этом смысле распределение и коэффициент диффузии кислорода в мембране может играть важную роль в формировании отклика сенсора на глюкозу. При электрохимическом окислении пероксида водорода на поверхности платины кислород регенерирует по реакции [c.324]

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]

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]

Ту же концепцию управления временем экспозиции пробы можно применить для более сложных сенсоров, таких, как ферментативные. В этих сенсорах мембра , содержащую один или несколько иммобилизованных ферментов, помещают впереди активной поверхности детекторного устройства. С помощью [c.449]

Рис. 7.4-5. о—потокораспределительвая система ПИА для определения глюкозы с амп ометрическим сенсором, детектирующим ферментативно генерируемый пероксид водорода 6—градуировочные графики для глюкозы в диапазоне концентраций (МОммоль/л при трех различных скоростях потока (А) 0,50, (А) 0,75 и (х) [c.450]

Сочетание сенсора Кларка с ферментным слоем обсуждается в разд. 7.8.3 на примере определения глюкозы с глюкозооксцдазой. Эту схему можно перенести на другие окислительные ферментативные реакции, например, определения галактозы с галактозооксвдазой или мочевой кислоты с помощью уриказы. [c.504]

Биораспознающий компонент биосенсора—это белок, макромолекула или комплекс со специфической поверхностью или внутренними распознающими центрами, необходимый для распознавания определяемого вещества. Компонент обусловливает селективность по отношению к определяемому веществу и передает сигнал на преобразователь. Тип реакции, катализируемой фермен> том, определяет выбор преобразователя. Определяемое вещество, а значит, и доступньк методы преобразования обусловливают природу биораспознающего компонента. Рассмотрим два примера, в которых фермент используют для создания сенсора на субстрат этого фермента. На схеме 7.8-1 ферментативная реакция включает перенос злектрона таким образом, для определения холестерина можно использовать в качестве преобразователя амперометрический электрохимический сенсор. Схема 7.8-2 включает изменение [Н+1 следовательно, контроль превращения ацетилхолина возможен с помощью рН-электрода или рН-чувствительного красителя в оптическом приборе. Другие ферменты можно использовать в случае реакций гидролиза, этерификации, расщепления и т. д. определяемое вещество обычно является субстратом фермента. (Как можно провести анализ, если вы не смогли найти подходящую ферментативную реакцию с участием определяемого вещества, ио знаете, что оно является иигибитором ферментативной реакции ) [c.519]

В случае изменения pH, связанного с фд)ментом, конечный отклик рН-сенсора зависит от баланса всех равновесий, включающих Н" " реакций протонирования и депротонирования продуктов ферментативной реакции, буферной емкости и т. и. Если рассматривать только прямой выход ферментативной реакции, без равновесий,-связанных с буферной емкостью н т. д., и предпола- [c.543]

Как упомянуто выше, баланс между ферментативным и буферным равновесиями вносит вклад в измеряемый сигнал. Теоретическая кинетическая людель, зачитывающая все эти связанные явления, предсказывает стационарный отклик феркюнтного рН-сенсора [7,8-41] существование нернстовского наклона не предсказано и не имеет такого значения, как для нон-селективных электродов, выполняющих прямое измерение ионного транспорта. [c.544]

Тем не менее, оптическую схему можно построить таким же образом, как электрохимические сенсоры, использующие отклик от Ю)су6страта или продук-та ферментативной реакции. Многие из схем анализа, обсуждаемых в предыдущих главах, подходят для такого преобразования. Например, ксантинокси- [c.550]

Инкапсулирование органических молекул в ходе золь-гель процесса. Описанный в предыдущем разделе метод требует применения весьма труднодоступных модификаторов с алкоксисилильной группой, тогда как в методе инкапсулирования нет надобности в получении такого рода соединений, так как закрепление осуществляется посредством фиксации молекул в трехмерной сетке геля. Понятно, что этот метод значительно более универсален, но не применим к молекулам небольшого размера, которые могут вымываться из гелевой структуры. В обзоре [261] даются исчерпывающие сведения об основных материалах, получаемых этим методом химические и ферментативные сенсоры, разновидности оптических материалов и т. д. [c.163]

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]

Слой мышечной ткани кролика толщиной 0,5 мм содержит приблизительно пять международных единиц АМР-деаминазной активности [10]. В то же время сравнимый объем (25 мкм) коммерческого препарата фермента имеет активность всего 0,1 ед. Такая низкая активность и приводит к плохой чувствительности ферментных биосенсоров. Фактически перед иммобилизацией выделенный фермент приходится концентрировать фильтрацией в течение 16 ч и в результате активность ферментного слоя на поверхности электрода повышается до 0,9 ед. [35]. Но даже после такого концентрирования ферментативная активность в слое ткани остается выше примерно в пять раз. В табл. 3.4 приведены основные характеристики сенсоров АМР на основе различных биокаталитических материалов. Наилучшие эксплуатационные характеристики, в том числе наклон 58 мВ/рС и срок службы не менее 28 дней, достигаются при использовании кусочка ткани, который обладает наибольшей ферментативной активностью из всех приведенных материалов. Напротив, система на основе фермента характеризуется наклоном, составляющим только 46 мВ/рС и всего лишь четырехдневным сроком службы. Таким образом, если выделенные ферменты имеют недостаточную специфическую активность, то более эффективны слои ткани. [c.44]

З. Определение аминокислот. Ферментные электроды широко применяют в клинических анализах, поскольку некоторые аминокислоты (тирозин, фенилаланин, триптофан, метионин) являются важными диагностическими индикаторами. Первые такие электроды [17] представляли собой катионоселективный электрод, чувствительный к образующимся при ферментативном окислении аминокислот ионам аммония, на котором был иммобилизован слой L-аминокислотной оксидазы из змеиного яда. Гилболт и Надь [23] разработали два различных типа сенсоров для определения L-фенилаланина в крови. В сенсоре одного типа полиакриламидный слой, содержащий смесь L-аминокислотной оксидазы с пероксидазой, наносили на иодидселективный электрод. Этот датчик регис трирует уменьшение активности иодид-ионов на поверхности электрода в результате следующих реакций [c.127]

Если бы ферментный электрод функционировал в условиях кинетического контроля, концентрационная зависимость тока была бы нелинейной, и рабочий диапазон охватывал бы лищь концентрации в пределах одного порядка. Однако, как отмечено выше, в таких сенсорах между слоем фермента и анализируемым раствором находится мембрана. Она создает барьер для активных частиц, и отклик сенсора пропорционален диффузионному потоку, который не лимитируется кинетикой ферментативной реакции, пока активность фермента не становится слишком низкой. Вот почему отклик амперометрического электрода остается постоянным в течение продолжительного периода и затем внезапно падает. Как отмечалось в работе [36], сигнал сенсора не зависит от активности фермента, пока последняя достаточно высока. Однако активность фермента постепенно уменьшается и со временем достигает уровня, при котором отклик сенсора становится контролируемым кинетически и не является более постоянным. Более подробно теория ферментного электрода и свойства иммобилизованных ферментов обсуждаются в ряде публикаций [4, 14, 26, 47]. Идеальным был бы случай, когда используют тонкую мембрану, через которую кислород переносится лучше, чем глюкоза, и поэтому в реакционном слое он находится в избытке. Разработка мембран с такими особыми свойствами несомненно будет благоприятствовать развитию биосенсоров всех типов. [c.144]

Хотя в качестве примера всегда приводят сенсоры глюкозы, следует подчеркнуть важность поиска схемы, пригодно для широкого круга ферментативных реакций, поскольку это будет зпособствовать созданию сенсоров многоцелевого назначения, - При.ч. авт. [c.223]

В амперометрических биосенсорах используют преимущественно реакции, катали-ируемые оксидазами. Это связано с простотой электрохимического детектирования >2 и Н2О2. Если при превращении молекулы определяемого вещества не образуется родукта, концентрацию которого легко измерить, то его можно получить с помощью альнейшей ферментативной реакции. Такие последовательные реакции обычно спользуют при определении сложных эфиров, олигосахаридов и амидов. В амперо-етрических сенсорах можно применять и другие типы сопряженных реакций, осно-шных на рециклировании исследуемой молекулы, с тем чтобы умножить количест-э продукта или устранить влияние мешающих веществ. [c.257]

Используя алкогольоксидазу из Hansenula polymorpha совместно с каталазой, авторы [76] разработали сенсор для прямого и непрерывного определения этанола при ферментационных процессах. Парциальное давление растворенного кислорода в ферментере поддерживали на уровне 95-100% путем интенсивного перемешивания и аэрации. В бродильном бульоне электрод стабильно работал только 3-5 дней, тогда как в буферном растворе его можно использовать несколько недель. Еще одним недостатком метода является узкий диапазон концентраций субстрата (до 1 ммоль/л), при которых получается линейный отклик. Поэтому в процессе брожения за образованием этанола можно следить только в течение короткого времени. Тем не менее этот сенсор позволяет быстро оценивать ферментативную способность аэробных дрожжевых культур. [c.269]

Независимость отклика сенсора от колебаний давления кислорода в окружении гнсора и расхода кислорода в самом сенсоре. Окисление глюкозы растворенным ислородом является необратимым процессом, который в стационарном состоянии онтролируется либо реакцией ферментативного окисления, сильно зависящей от гмпературы (6-10%/град), либо диффузией субстрата, от температуры зависящей [c.321]

Наиболее хорошо разработанным типом глюкозных сенсоров являются сенсоры с амперометрическим детектированием образующегося в ферментативной реакции пероксида водорода [21, 38, 48] (рис. 22.5,6). Авторы [13] приспособили один из таких хнсоров для прикроватного устройства искусственной поджелудочной железы. Аналогичные сенсоры использовались в тех же целях еще несколькими группами исследователей (см. раздел 22.7). За последние десять лет были внесены усовершенствования в конструкцию сенсора, способ связывания фермента с его подложкой и функциональные шрактеристики электродов. [c.323]

В отличие от амнерометрического детектирования, при котором на электроды накладывают внешний потенциал и контролируют локальные концентрации кислорода и пероксида водорода непосредственно по генерируемому току, при потенциометрическом детектировании измеряют псевдоравновесный потенциал исследуемой системы. Электрохимическая реакция, определяющая этот потенциал, является результатом взаимодействия между генерируемым в ферментативной реакции пероксидом водорода и поверхностью платины [54]. Функционирование данной системы всегда критическим образом зависит от процедуры очистки электрода. При исследованиях in vitro отклик потенциометрического сенсора линейно зависел от логарифма концентрации глюкозы в диапазоне от 0,6 до 22 ммоль/л. Теоретически преимущества этой системы для использования in vivo связаны с низким значением генерируемого потенциала и заключаются в минимуме электрохимических помех и возможности миниатюризации электрода. [c.324]

Глюкозные сенсоры, в которых не используются ферменты, известны уже давно. Хотя они претендуют на устранение трудностей, связанных с гетерогенной ферментативной кинетикой, в настоящее время ни одна из этих систем не разработана настолько, чтобы ее можно было имплантировать in vivo. [c.326]

Представляет интерес сенсор [40], основанный на принципе конкуренции глюкозы и меченного флуоресцеином полидекстрана за связывание с белком конканавалином А, иммобилизованным на внутренней поверхности полой диализной трубки (гл. 32). Конструкция этого аффинного сенсора включает оптическое волокно, вставленное в диализную трубку, что позволяет непосредственно определять несвязанный меченый декстран. Преимуществом данного сенсора по сравнению с глюкозооксидазными сенсорами является то, что его сигнал определяется конкурентным равновесием между глюкозой и формирующим сигнал лигандом. Поэтому кинетика ферментативных реакций и загрязнение электрода не влияет на величину сигнала. Оптимальной избирательности и чувствительности такого сенсора можно достичь подбором соответствующих связывающего белка и конкурентного лиганда например, можно было бы использовать специфические антитела. При использовании сенсора in vivo его недостатками являются все еще ограниченная стабильность и относительно большое время отклика. [c.326]

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]

Рассмотренные в настояшей книге (гл. 1 гл. 9 и далее) и в недавно опубликованном обзоре [25] ферментные электроды привлекли большое внимание. Ферментные электроды представляют собой один из немногих инструментов, позволяюших в настоящее время определять биологические молекулы электрохимическими методами. Важнейшим элементом соответствующих сенсоров является тонкая проницаемая мембрана, в которую включен фермент и которая располагается на поверхности, например ИСЭ. В результате реакции фермента с субстратом образуются продукты или расходуется субстрат концентрации продуктов или субстрата можно контролировать с помощью этого ИСЭ. Применение для контроля концентраций ИСПТ вместо ИСЭ обеспечивает ряд определенных преимуществ. Во-первых, полевой транзистор на основе ферментов (ФПТ) выгодно отличается от ферментного ИСЭ тем же, чем любой ИСПТ от соответствующего ИСЭ. Во-вторых, миниатюрность и соответствующая геометрия ИСПТ способствуют сокращению необходимого количества фермента до минимума, что особенно важно в случае дорогостоящих ферментов. В-третьих, в описанной Карасом и другими [26] конструкции сенсора удачно решены задачи регулирования толщины мембраны и ее адгезии к поверхности ФПТ поэтому отпадает необходимость в каких бы то ни было способах крепления мембраны, как правило, обязательных в обычных ферментных электродах. В-четвертых, ФПТ обычно имеет несколько транзисторов на одном кристалле поэтому второй транзистор можно использовать в качестве стандарта, откликающегося на любые электрические, химические и физические стимулы, но не на ферментативную реакцию. Следовательно, математическая разность между сигналами двух ПТ содержит только необходимую информацию о концентрации определяемого вещества при существенно сниженном уровне фона. [c.408]

Ферментные электроды с амперометрическим способом индикации имеют определенные преимущества над аналогичными потенциометрическими сенсорами прежде всего за счет того, что продукт ферментативной реакции расходуется на электроде, вступая в электрохимическую реакцию, что уменьшает время отклика. По этой причине основанный на реакции (8.1) глюкозный ферментный электрод с потенциометрическим детектированием Н2О2 по реакции с иодом и с измерением концентрации иодид-иона при помощи соответствующего ИСЭ [39] не был внедрен в практику клинических лабораторий. [c.241]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология