Биосенсоры преобразователь

Биосенсоры принадлежат к семейству молекулярных сенсоров и поэтому включают селективную к определяемому веществу поверхность вблизи преобразователя или интегрированную в преобразователь (рис. 7.8-1), функцией которой является передача сигнала о взаимодействии между поверхностью и определяемым веществом либо непосредственно, либо через химический медиатор. В биосенсорах специфичная к определяемому веществу поверхность использует биомолекулы, распознающие молекулярные участки или их аналоги. [c.518]

Такие медиаторные определения могут оказаться элегантным решением для биосенсоров. Тем не менее, оптимизация только реагента не является исчерпывающим решением. Как указывалось ранее, в биосенсоре реагент должен быть иммобилизован, чтобы взаимодействовать и с определяемым веществом, и с преобразователем как самодостаточная система. [c.539]

В результате реакции между биологическим материалом и субстратом происходят изменения, которые с помощью подходящего преобразователя превращаются в электрический сигнал (рис. 12.30). Это делается для того, чтобы улавливать изменение и отвечать на него, как это делают органы чувств животных. (Например, палочки и колбочки в сетчатке глаза являются преобразователями. В ответ на действие света они образуют нервный импульс, который имеет электрическую природу.) Для того чтобы электрический сигнал биосенсора можно было считать в той или иной форме, например на цифровом табло, применяется усилитель сигнала. Биосенсор дает возможность улавливать различные типы изменений, такие как высвобождение тепла, свет, изменения pH или массы, поток электронов или образование новых химических веществ. [c.93]

Особый интерес представляют главы 24-27, в которых рассмотрены биосенсоры на основе пленок Лэнгмюра - Блоджетт на полупроводниковых подложках. Это направление только начинает развиваться, однако полученные здесь результаты позволяют надеяться, что с помощью биотипов будут созданы сверхминиатюрные многоцелевые сенсоры, напрямую сочетающиеся с молекулярно-электронными преобразователями информации. [c.7]

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]

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]

В центре проблемы биосенсоров находятся преобразователи, переводящие биохимические процессы в электронные эффекты или электрические сигналы. Преобразователи -широкое поле деятельности для изобретателей и людей с воображением. Наградой им является чувствительность биосенсора и его способность работать в биологических жидкостях без помех. [c.488]

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]

Основная проблема при конструировании и применении ферментных биосенсоров - увеличение продолжительности их действия. Дело в том, что природный (нативный) фермент сохраняет свои свойства лишь в течение относительно короткого времени. Поэтому его закрепляют на поверхности электрода с помощью специальных реагентов, вводят в пленку пористого полимера или гель, либо ковалентно пришивают к подложке. При этом фермент перестает быть подвижным, не вымывается из биослоя, а его каталитическое действие сохраняется. В последнее время для создания биосенсоров используют планарную технологию (фотолитографию, полупроводниковую технику и др.), по которой можно изготовить так называемый биочип, объединяющий сенсорную часть, трансдьюсер, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор для измерения аналитического сигнала и расчета результатов анализа. [c.500]

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]

Независимо от метода, показанного на рис. 7.8-2, или типа биораспознавания, используемого в анализе для обеспечения селективности к определяемому веществу, существует общая черта для биосенсоров всех типов. Биораспознающий компонент иммобилизован на поверхности, обычно на поверхности преобразователя, где детектируется сигнал. [c.521]

Как обсуждалось в предыдущем разделе, биораспоэнающий компонент биосенсора существует в слое, следующем за преобразователем. Для амперометрического ферментного сенсора величину токового сигнала оптимизируют в соответствии с модулями Тиле, и Ф [c.534]

Предлагаемую вниманию читателя книгу можно рассматривать как углубленное введение в специфическую область биосенсоров, возникшую в начале 60-х годов на стыке биологии и аналитической химии. Биосенсорами называются устройства, в которых чувствительный биологический элемент тесно связан с преобразователем его реакции на специфическое внешнее воздействие (химическое или физическое) в удобный для регистрации и обработки сигнал. Отправной точкой в развитии биосенсоров стал 1962 г., когда американскому ученому Л. Кларку, работавшему в клинической лаборатории, пришла счастливая мысль объединить высокоспецифическую ферментную систему и чувствительный электрохимический датчик в единый прибор, названный им ферментным электродом. В настоящее время биосенсорная техника развивается исключительно быстро и стремительно внедряется в практику. [c.7]

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]

Биосенсор-это устройство, включающее биологический чувствительный элемент, тесно связанный с преобразователем либо интегрированный с ним. Обычно биосенсор предназначен для формирования цифрового электрического сигнала, пропорционального концентрации определенного химического соединения или ряда соединений. Казалось бы неестественный, этот брак двух противоположных дисциплин позволил объединить специфичность и чувствительность биологических систем с вычислительной мощью микропроцессора. Развивающаяся биосенсорная техника пересекается с многими традиционными академическими дисциплинами и уже сейчас предлагает новые эффективные средства, которые предвещают радикальное изменение нашего подхода к химическому анализу. [c.9]

Современная концепция биосенсора в значительной степени связана с идеями Лиланда Кларка-младшего и соавторов, развитыми в 1962 г. (см. главу 1). Авторы предположили, что если бы ферменты можно было иммобилизовать на электрохимических датчиках, то такие ферментные электроды расширили бы диапазон аналитических возможностей базового датчика. Последовавшая затем грандиозная работа с бесконечными вариациями этой темы постепенно раздвинула горизонты данной области. Ее нынешнее состояние в какой-то степени характеризуют перечисленные ниже потенциальные чувствительные элементы и преобразователи, которые можно использовать при конструировании биосенсоров [c.9]

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]

Пьезоэлектрические преобразователи занимают центральное место в большинстве акустических методов. Пьезоэлектричество было открыто братьями Кюри в 1880 г. Это явление связано с генерацией электрических диполей в природных анизотропных кристаллах, подвергаемых механическому напряжению [26]. В таких материалах обнаруживается также обратный эффект, а именно изменение размеров под влиянием электрического поля. Некоторые пьезоэлектрики являются и пироэлектриками, поляризация в которых обуславливается поглощением тепла [12]. Все материалы, проявляющие способность к пьезоэлектричеству, анизотропны, т. е. их кристаллические структуры не имеют центров симметрии. Все такие кристаллы относятся к одной из 32 точечных групп симметрии (кристаллографических классов). Из этих 32 классов 20 проявляют пьезоэлектрические, в том числе десять - пироэлектрические свойства. Из распространенных в природе кристаллов лишь немногие (например, кварц, турмалин, гегнетова соль) являются пьезоэлектриками [12]. На практике чаще всего применяют искусственные керамические пьезоэлектрики [83]. Однако в последнее время все 5ольше используют полимерные пьезоэлектрики [52]. Поскольку полимеры обычно не удается получить в виде монокристаллов нужного размера, в таких материалах пьезоэлектрические эффекты наблюдаются в состоянии, когда все молекулы ориен-гированы вдоль одной оси. Различным состояниям ориентации соответствуют четыре гипа симметрии [34]. Некоторые анизотропные биологические структуры (например, ЦНК, белки) также можно рассматривать как пьезо- и пироэлектрики [33, 34], что может оказаться важным в исследованиях, связанных с молекулярными биосенсорами. [c.441]

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