Химические сенсоры биосенсоры

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]

Перечень тестов, которые составляют 95% срочных обследований, невелик. Эти тесты перечислены ниже независимо от того, на какой основе (биосенсоры, физико-химические сенсоры, полоски индикаторной бумаги или стандартные биохимические методы) базируются соответствующие измерительные приборы. [c.571]

Ферментные электроды представляют собой биосенсоры (см. Сенсоры химические), к-рые позволяют быстро и селективно проводить определение целого ряда компонентов в сложных по составу объектах. [c.80]

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]

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]

Оптимизация характеристик тканевого биосенсора должна включать и экспериментальное изучение различных параметров сенсора. Как правило, необходимо детально рассмотреть методику иммобилизации тканевого слоя, влияние pH, активаторов и ингибиторов, срок службы и общую избирательность биосенсора. Существует несколько методов иммобилизации тканевого слоя, основанных либо на физическом его удерживании подходящей мембраной, либо на захвате химически сшитым белковым носителем. Многие тканевые материалы достаточно прочны и могут быть относительно легко иммобилизованы при помощи найлоновой сетки. В случае же гуанинового биосенсора ткань печени кролика прижимают к поверхности электрода мембраной из диацетилцеллюлозы, поскольку эта ткань не обладает достаточной механической целостностью, позволяющей использовать крупноячеистую найлоновую сетку. [c.45]

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]

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]

В этой главе рассматривается првменение теоретических основ химического анализа к решению практических проблем, при этом вклюяен весь набор методов анализа от волюмометрии до гравиметрии и от электроанализа до анализа в потоке и химических сенсоров. В настоящее время химики- шалитики решают сложнейшие проблемы в биотехнологии и биологии. Поэтому существенное внимание уделено анализу биохимических систем и применению биосенсоров. [c.359]

Глава 20 Применение in vivo химических сенсоров и биосенсоров в клинической медицине [c.289]

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]

Предотвращение адгезии клеток весьма важно для обеспечения нормальной работы биосенсоров. Осаждение слоя биополимеров и клеток на поверхности сенсора при контакте с кровью и другими биологическими жидкостями искажает показания сенсора, затрудняет диффузию определяемых компонентов к рабочей поверхности, приводит к уменьшению срока службы сенсора и т. п. В работе [571] приведен обзор основных подходов, использующих химическое модифицирование внешней мембраны, покрывающей активный элемент сенсора, и направленных на предотвращение биозагрязнения и повышения биосовместимости сенсоров. Рассматриваемые методы включают закрепление на внешней мембране слоев гидрогелей (ПЭГ, полигидроксиэтилметакрилат), фосфолипидов, полиперфторсульфоновой кислоты, целлюлозы, гепарина и др. [c.507]

В последние годы возрастает интерес к друхим возможным использованиям биосенсоров. Клинические исследования повернулись в сторону ветеринарии и животноводства. Всё больше внимания придается качеству продуктов в пищевой промышленности. В этой области давно признано значение бьютрых методов оценки срока хранения, порчи и загрязнения продуктов. Развитие биотехнологии стимулирует разработку методов мониторинга процессов ферментации, что также расширяет возможности непрерывного контроля этих процессов. Проблемы охраны окружающей и промышленной среды стимулировали разработку сенсоров для определения таких вредных веществ, как оксид углерода и гербициды. В то же время интересы военных неизменно сосредоточены на специальных требованиях биологической и химической защиты. [c.10]

Если мы поставим задачу выяснить, какие требования предъявляются к методам иммобилизации биологических компонентов в биосенсорах, то в начале списка требований будут фигурировать адаптируемость, надежность также возможность связывания биологического компонента с сенсором через молекульТ, которые проводят электроны. Хотя в биосенсорах требуются очень малые количества биологического компонента, все же чем он чище, тем выше надежность. Он, (очевидно ) не должен содержать других веществ, которые могли бы взаимодействовать с используемым для анализа или другими ферментами, катализирующими реакции с образованием продуктов, детектируемых выбранным электродом. Для обеспечения надежности требуется также 1) высокая специфичность биологического компонента 2) устойчивость системы к колебаниям температуры, ионной силы, pH, окислительно-восстановительного потенциала и химического состава окружающей среды 3) встроенное приспособле-ние(я), ограничивающее загрязнение или биологическую деградацию биокомпонента или способа его присоединения ) должна быть исключена возможность инфицирования пациента (часто это достигается при помощи сенсоров со сменными компонентами). [c.78]

Хотя акустические методы и не применяют столь широко, как другие биосенсорные методы, в настоящее время разрабатывается ряд новых принципов и методик, которые могут упростить биологические измерения. Следует отметить, что акустические свойства биологических материалов изучены недостаточно и в дальнейшем для этого придется применять более сложные методы измерения, моделирования и обработки данных. Значительное внимание уделяется разработке химических пьезоэлектрических сенсоров. Наряду с этим можно ожидать и создания ряда пьезоэлектрических биосенсоров, обладающих биохимической специфичностью. Как и в случае биосенсоров, основанных на других принципах, особое внимание необходимо уделять улучшению способов сопряжения биочувствительного материала и детектора. [c.454]

Биосенсоры, такие, как ферментные электроды, включающие ферментные мембраны и электрохимические детекторы, обладают высокой специфичностью к определенному метаболиту, например сахару или аминокислоте [9, 15, 16]. Рабочие и аналитические характеристики биосенсоров зависят от большого числа физических, химических и биохимических параметров (конкретно, свойств фермента) [10], которые нередко трудно выявить. При разработке биосенсорных устройств некоторые группы исследователей использовали программируемые калькуляторы и микрокомпьютеры [3, 5, 8, 19]. В Японии запатентован ряд разработок, связанных с автоматизацией ферментных сенсоров при помощи микрокомпьютеров или микропроцессоров [4, 6, 7, 18]. Что касается более узкой области ферментных электродов, то и здесь вычислительная техника может быть весьма полезна - во-первых, при изучении и оптимизации аналитических характеристик сенсоров, особенно правильности, воспроизводимости, диапазона определяемых концентраций [2], во-вторых, для прямого или косвенного определения тех параметров, которые играют важную роль в формировании сигнала сенсора [1, 13]. [c.555]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология