Биосенсоры оптические

Рис. 32.7. Конфигурации биосенсоров на основе изменений спектров веществ при гомогенных реакциях, а сенсор с одни. оптическим во.юкпом б сенсор с пучком оптических волокон и реакционной зоной толщиной I.

Иммуносенсоры представляют собой биосенсоры, включающие антитела в качестве селективно связывающих компонентов. К ним относятся ферментные иммуносенсоры, волоконно-оптические флуоресцентные иммуносенсоры, пьезоэлектрические системы, иммуносенсоры на основе полевых транзисторов, оптические системы, микроволновые системы, приборы на основе резонанса поверхностных плазмонов и преобразователи, чувствительные к конформации молекул см. также посвященный этим устройствам обзор [33]. [c.83]

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]

Оптические биосенсоры работают во внешнем или внутреннем режиме. [c.546]

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]

Возможно использование и других типов физических ответов. Например, для реакций, сопровождающихся образованием или расходованием О2, могут быть сконструированы оптические биосенсоры. В качестве примера такого сенсора может служить концевая часть оптического волокна, покрытая двойной пленкой, состоящей из флуоресцирующего порфиринового красителя, заплавленного в полистирол, и соответствующей оксидазы, например глюкозооксидазы. По оптическому волокну к исследуемому образцу, в который погружен биосенсор, подвсн дится возбуждающее излучение и по нему же отводится к флуориметру испускаемое излучение. Интенсивность флуоресценции порфирина понижается в присутст ВИИ О2, и таким образом, может быть соотнесена с концентрацией О2 в слое, находящемся в непосредственном контакте с биосенсором. Расход О2, обусловленный присутствием окисляемого соединения, приводит к уменьшению концентрации О2 в слое, прилегающем к пленке, содержащей порфирин, воздействуя таким образом на интенсивность флуоресценций. [c.256]

Показано, что аналитические волоконно-оптические приборы можно использовать для контроля различных физических параметров, например температуры, определения pH и простых веществ типа СО2 и О2 [12, 16, 18]. Из недавних обзоров, посвященных разработке оптических биосенсоров, можно отметить работы [21] (см. гл. 30) и [17]. [c.505]

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]

Следует отметить, что для систем прямого действия нет необходимости в мембране, отделяющей химические компоненты биосенсора от анализируемой жидкости, если рецептор предохраняется иммобилизацией на поверхности оптического зонда. Тем не менее наличие мембраны все же желательно, чтобы защитить рецепторный белок от некоторых компонентов внешнего раствора, например ферментов. [c.508]

Эта глава дает краткий обзор компонентов биосенсора. Она концентрирует внимание на двух основных класса биосенсоров, а именно — электрохимических и оптических, но не следует ограничиваться только этими примерами. Как сказано в начале главы, возможности конструирования биосенсоров настолько широки, насколько широко ваше воображение. Критериями успеха [c.561]

Волоконно-оптические биосенсоры 515 [c.515]

Как бы вы сконструировали оптический биосенсор для определения глюкозы и холестерина [c.564]

Биосенсоры. Существует огромное количество биосенсоров различной конструкции и принципа действия, включая рассмотренные выше электрохимические, оптические и массчувствительные сенсоры. В биосенсорах в качестве активных элементов используются селективность иммобилизованных биологически активных веществ или на границе раздела раствор — мембрана реализуется биохимический процесс. Наиболее распространенными биосенсорами являются ферментные (энзимные) и иммуносенсоры. Отличительной особенностью ферментных сенсоров и иммуносенсоров является их исключительно высокая селективность, связанная со специфическим действием фермента и еще более специфическим взаимодействием антитело — антиген. [c.473]

В качестве детекторов предполагается использовать набор биосенсоров, избирательно реагирующих на один из продуктов реакции и расположенных в плоскости детектора. Таким образом, биофизическая модуляция и биохимическое усиление преобразуют оптическое изображение в распределение аналогового электрического сигнала в плоскости детектора, которое перерабатывается управляющим вычислительным устройством в исполнительные сигналы для двигательной системы робота. [c.47]

Важной проблемой при создании ферментных сенсоров является выбор метода иммобилизации биологически активных молекул на твердой поверхности. В работе [373[ проведено сравнение чувствительности оптических биосенсоров с иммобилизованной различными способами уреазой по отношению к ионам тяжелых металлов [c.473]

Вероятно, любой измеримый физико-хим1 ческиЙ параметр можно использовать в биосенсорах, хотя делать это не всегда практично Наиболее широко распросграяенные устройства используют параметры, суммированные иа рис. 7.8-2. В этой главе далее рассмотрены мкоторие примеры, иллюстрирующие использование оптических и электрохимических методов. Рассмотрение других биосенсоров можно найти в книгах специалистов по биосенсорам [7.81-7,8 1, [c.519]

Методы пространственного разделения. Как уже отмечалось при описании характеристик оптических волокон, выходящий из оптического волокна пучок в той или иной степени сфокусирован в зависимости от источника света и апертурного числа оптического волокна. Это свойство можно успешно использовать при независимом мониторинге отдельных компонентов системы, если один из них иммобилизован вне поля зрения оптического волокна. На рис. 32.4,а показано устройство биосенсора, в котором эта задача решена. [c.508]

Оптические. В оптических сенсорах спектроскопическое определение связано с химической реакцией. Оптические сенсоры часто называют оптодами, и в будущем применение оптических волокон будет повсеместным. Оптические измерения используются во многих биосенсорах. В зависимости от типа оптических сенсоров в них измеряют поглощение, отражение или люминисценцию. [c.710]

Оптические биосенсоры бывают диух типов, которые отличаются по оптической конфигурации. Во внутреннем режиме падающая волна не проходит через объем пробы, а проходит в световод и взаимодействует с пробой на поверхности в затухающем поле. Во внешнем режиме падающий свет взаимодействует непосредственно с пробой, или проходя через нее или отражаясь от фазы пробы. В этом случае свет от источника не обязательно должен протодить через световод, хотя иногда бывает целесообразно передавать свет от источника к удаленной точке измерения через оптическое волокно. [c.546]

Некоторые анализы биологических сред можно проводить без вмешательства биораспознающей поверхности, которая характеризует биосенсор, поскольку определяемое вещество обладает характерными ему оптическими свойствами. Например, уровни содержания кислорода in зИи определяют по сдвигу поглощения между гемоглобином н оксигемоглобином. В отличие от этого, в оптическом биосенсоре определение зависит от биораспознавания в [c.546]

Рассеяние света давно является способом получения информации о размере, форме I составе частиц, однако в последние годы разработаны новые более мощные методы нализа, основанные на рассеянии лазерного света, которые, вероятно, найдут приме-[епие в волоконно-оптических сенсорах. В этой главе мы рассмотрим механизмы >ассеяния лазерного света частицами (размером от макромолекул до микроорганиз-юв и более крупными), использование этого явления для изучения размеров частиц, их )ормы и скорости движения, других потенциально полезных для биотехнолога араметров и затем обсудим, как эти методы могут быть воплощены в биосенсорах. [c.539]

Из этого обсуждения можж) сделать вывод, что одной из основных задач, необходимых для оптического биосенсора, независилю от того, используют пассивную или активную метку, является способность различать свободное , или неме геное, определяемое вещество и связанное , или меченое, определяемое вещество без проведения разделения прн анализе, как это можно еделать в классическом биоанализе, использующем растворы [c.549]

Как видно из уравнения 7.8-33, при данной длине волны напряженность электрического поля затухающей волны будет меняться в соответствии с отношением показателей преломления двух фаз (световода, щ, и поверхностной среды, П2). В биосенсорах, где поверхностный слой является местом протекания аналитической реакции, за реакцией можно следить непосредственно, если она вызывает изменение оптических харгжтеристик слоя (подобных показателю преломления или толщине). Существует несколько способов усиления этих изменений, так что последние можно использовать в качестве аналитического сигнала. [c.557]

Можно разработать оптический биосенсор с реагентами на поверхностн световода. Свет, проходяпщй вдоль световода, может взаимодействовать с реагентом на поверхности. Взаимодействие можно юяпролировать, регистрируя изменения в проходящем свете. Как это происходит Если реагент поместить в объем раствора, а не на поверхность световода, какое влияние это оказало бы иа изменения проходящего света [c.564]

Миниатюризация аналитических приборов, основанных на регистрации света, с помощью систем волоконной оптики предоставляет неисчерпаемые возможности для использования в биосенсорах. Быстрое развитие оптикоэлектронных приборов твердотельных лазеров, интегральных оптикоэлектронных схем, новых типов оптических волокон, соединителей, мультиплексеров-в будущем обещает миниатюризацию не только сенсоров, но и вообще измерительного оборудования. Кроме того, достижения молекулярной биологии и особенно белковой инженерии сделают возможным конструирование для биосенсоров специальных рецепторов с желаемыми характеристиками. Эти два направления приведут к появлению совершенно нового поколения высокоселективных миниатюрных, портативных, стабильных и недорогих биосенсоров, которые можно будет применять как в медицине, так и в промышленности. [c.516]

Глава 32 Конструирование волоконно-оптических биосенсоров на основе биорецепторов [c.505]

В последние годы важную роль стали играть разнообразные оптические волокна и оптоэлектронные устройства (как источники света, так и детекторы). Особый интерес к оптическим волокнам обусловлен тем, что они позволяют миниатюризовать спектрофотометрические приборы до такой степени, что становится возможным использовать пробы объемом порядка 0,1 мкл [2]. Оптические волокна уже используют в микроколориметрах и микрофлуориметрах [28]. Однако лишь недавно волоконную оитику стали сопрягать с биохимическими реакциями с целью создания миниатюрных биосенсоров. [c.505]

Коллективная монография посвящена одному из важнейших достижений биоэлектрохимии-биосенсорам, ферментным электродам . Рассмотрено также использование в биосенсорах других компонентов биологических систем антител, клеток, тканей, целых микроорганизмов. Помимо электрических обсуждаются акустические, оптические и другие датчики. С помощью биосенсоров становится реальным непрерывный мониторинг in vivo метаболитов, ферментов, белков и лекарственных препаратов. [c.4]

Три последующие части книги (7 глав) посвящены биосенсорам с механо-акустичес-кими, калориметрическими и оптическими преобразователями. Последним уделено больше внимания, поскольку во многих случаях они успешно конкурируют с аналогичными электрохимическими приборами. [c.7]

Биохимические и микробиохимические процессы все шире применяются в фармацевтической и пищевой промышленности, очистке сточных вод и энергетике. Очень важную роль в биотехнологических процессах играет брожение. Поэтому контроль сырья, клеточной популяции и конечных продуктов - необходимое условие обеспечения эффективности всей системы. Для определения органических соединений можно использовать спектрофотометрию и хроматографию, однако эти методы непригодны для непрерывных измерений в режиме на линии (on-line). Электрохимическое определение таких соединений имеет явные преимущества так, можно проводить измерения без предварительной подготовки проб и, кроме того, не требуется их оптическая прозрачность. В последние годы разработано множество биосенсоров для определения органических соединений. Многие ферментные сенсоры обладают высокой специфичностью по отношению к представляющим интерес субстратам, однако используемые в них ферменты обычно дороги и неустойчивы. Микробные сенсоры состоят из иммобилизированных микроорганизмов и какого-либо электрохимического датчика и пригодны для непрерывного контроля биохимических процессов [1-3, 19, 20]. Принцип работы предложенных автором этой главы микробных сенсоров-это ассимиляция органических соединений микроорганизмами, что непосредственно регистрируется электрохимическим датчиком. В данной главе описано несколько микробных сенсоров, разрабатываемых в Японии. [c.20]

В этом биосенсоре рецепторный белок иммобилизуют на внутренней поверхности полого диализного волокна, образующего измерительную камеру преобразователя. Эту конструкцию успешно использовали при разработке глюкозного сенсора [14, 19]. Специфическим рецептором для сахаров служил конканавалин А ( on А), а высокомолекулярный (мол. масса 70 ООО) меченный флуоресцеином декстран (FlT -декстран) использовали как аналог определяемого вещества. on А ковалентно иммобилизовали в полой целлюлозной трубке вне поля зрения оптического волокна [22]. [c.509]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология