Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
содержании кислоты 200 мг/л токи воспроизводились со средней
относительной погрешностью +5%. Стандартное отклонение составляет 3,4
mi/л при числе опытов более 30. Этот сенсор не чувствителен к нелетучим
компонентам питательной среды, таким, как глюкоза, пировиноградная
кислота и фосфаг-ионы. Летучие соединения, такие, как уксусная,
пропионовая и и-масляная кислоты, метанол и этанол, хотя и могут
проникать через пористую тефлоновую мембрану, но не влияют на величину
тока, так как С. freundii не могут использовать их для выработки
водорода. С помощью рассмотренного микробного сенсора, а также методом
газовой хроматографии определяли концентрацию муравьиной кислоты в
культуральной среде Aeromonas formicans. Найдено хорошее согласие между
этими методами - коэффициент-корреляции составляет 0,98 для 10 опытов.
Чтобы проверить стабильность иммобилизованных клеток С. freundii в
сенсоре, его хранили в 0,1 М фосфатном буферном растворе при 5 С и с
интервалами в пять дней использовали для определения муравьиной кислоты в
одном и том же растворе с концентрацией 200 мг/л. Выходной ток оставался
постоянным при всех измерениях в течение 20 дней.
2.7. Метановый сенсор
Производство метана путем сбраживания биомассы вызывает интерес во всем
мире. Метан-хороший источник энергии и основной компонент природных
газов, используемых как топливо. В диапазоне концентраций 5-14% метан
образует с возду-
Сенсоры на основе микроорганизмов
27
В
Рис. 2.7. Схема микробной сенсорной системы для определения метана. 1 -
вакуумный насос; 2-емкость с пробой газа; 3-линия ввода пробы газа; 4 -
хлопковый фильтр; 5 -контрольный реактор; 6 реактор с бактериями,
окисляющими метан; 7-кислородный электрод; 8 - усилитель; 9-самописец;
10-вакуумный насос; 11 - стеклянные краны.
хом взрывчатую смесь, поэтому необходимы быстрые методы детектирования и
определения его в воздухе, например в угольных шахтах. Разработан
метановый сенсор, включающий иммобилизованные бактерии, окисляющие метан,
и кислородный электрод [12].
Система состоит из двух кислородных электродов, двух реакторов,
электрометра и самописца (рис. 2.7). Оба реактора содержат культуральную
среду, причем в одной присутствуют иммобилизованные бактерии Methylomonas
flagcllata, а в другой-нет. Электроды помещены в специально изготовленные
проточные тефлоновые ячейки, соединенные с помощью стеклянных и
тефлоновых трубок. Для удаления газа из соединительных трубок и
транспорта газовых проб через систему использовали два вакуумных насоса,
а для контроля скорости газовых потоков через реакторы (80 мл/мин) -
стеклянные краны. Для удаления посторонних микроорганизмов газовые пробы
пропускали через хлопковый фильтр, что предотвращало загрязнение
реакторов и соединительных трубок. Фильтр устроен таким образом, чтобы
потоки анализируемой пробы и вещества сравнения были симметричны.
Когда газовую пробу, содержащую метан, пропускают через реактор,
иммобилизованные микроорганизмы перерабатывают метан, потребляя при этом
кислород. В результате ток кислородного электрода уменьшается до
некоторого минимального стационарного уровня. Поскольку в системе имеются
два кислородных электрода, максимальная разность их токов зависит от
концентрации метана в пробе газа. При пропускании через оба реактора
чистого воздуха ток возвращается к начальному уровню в течение 60 с.
Время отклика системы при определении метана меньше 60 с, а общее время
анализа составляет две минуты.
Градуировочные графики рассматриваемой системы идеально линейны в
диапазоне концентраций метана 0-6,6 мМ. Измеряемый разностный ток
меняется в пределах 0-0,35 мкА, а нижняя граница определяемых
концентраций составляет 5 мкМ. Для пробы, содержащей 0,66 ммоль метана,
разностный ток воспроизводим с точностью + 5% (стандартное отклонение
9,40 нА) при числе опытов, равном 25.
Результаты обычного газохроматографического анализа воздуха, содержащего
0,2-0,35 ммоль метана, хорошо согласуются с результатами, полученными
электрохимическим методом (коэффициент корреляции 0,97). Нижняя граница
определяемых содержаний метана в случае газового хроматографа с пламенно-
ионизационным детектором составляет 3 ммоль, а для микробного сенсора-5
ммоль. Таким образом, на основе сенсора с М. flagellata в дальнейшем
может быть разработан прибор для быстрого определения метана в режиме "на
линии".
2.8. Сенсор глутаминовой кислоты
Глутаминовая кислота также образуется в процессе сбраживания и
используется в качестве вкусовой добавки к пищевым продуктам. Для
определения ее концентрации требуется быстрый автоматический метод. С
этой целью можно использовать ферментные автоматические анализаторы,
однако стоимость ферментов слишком высока. Изучение избирательности
такого сенсора к различным аминокислотам показало, что он чувствителен к
глутаминовой кислоте и глутамину и очень мало-к некоторым другим
аминокислотам. При необходимости чувствительность сенсора к глутамину
