Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
ферментный электрод из графитовой фольги.
Медиаторные амперометрические биосенсоры
235
теинов. Влияние температуры и pH можно ослабить введением избытка
фермента. Такая конфигурация сенсора позволяет преодолеть трудности, с
которыми обычно сталкиваются при работе с другими рассмотренными выше
вариантами амперометрических сенсоров. Однако она все же непригодна для
массового производства. Для того, чтобы производство ферментных
электродов было экономически оправдано и удовлетворяло коммерческим
требованиям, должны выполняться некоторые условия, в том числе такие:
компоненты должны быть доступны в достаточном количестве и необходимого
качества и должны выпускаться при строгом соблюдении технологии [26].
Конструируя плоский прибор, необходимо найти возможность смонтировать оба
электрода на одном основании в непосредственной близости друг от друга и
связать их с внешней цепью. В качестве основания можно использовать
множество материалов от керамики до пластмасс и даже картона. Выбрав
подходящий материал для основания, следует найти способ нанесения
низкоомных проводящих мостиков между концевым разъемом и электродами.
Имеется множество вариантов решения этой проблемы прежде всего в
зависимости от температуры, которую может выдержать материал основания
[6]. Если керамика легко выдерживает температуру порядка 150 °С, то
пластмассы при такой температуре уже деформируются. Два наиболее
распространенных метода нанесения контактов при низких температурах
включают химическое золочение [15] и напыление в вакууме [29]. Экспонируя
соответствующие участки основания, на него можно нанести не только
требуемый электрод, но и его разъем вместе с соединительной дорожкой,
которую затем изолируют. Пористые угольные электроды можно изготавливать
по непрерывной технологии с последующим выдерживанием в ваннах с
реагентами. Стоимость электродов снижается, если можно ограничиться
адсорбцией и исключить процедуру иммобилизации. Так, если при
иммобилизации глюкозооксидазы на пористом угле не используется мето-л-
толуол-сульфонат 1-циклогексил-3(2-морфолиноэтил)карбодиимида, это
приводит к уменьшению начального тока всего на 25%; следовательно, для
нормального функционирования электродов достаточно простой абсорбции
фермента.
Электроды сравнения можно изготовить по описанной выше методике,
разрезать и прикрепить к основанию. Рабочие электроды иногда покрывают
мембраной, изменяя тем самым время отклика и диапазон линейности
электродной функции. Хотя имеются коммерческие мембраны, которые можно
просто закреплять на основании, некоторые мембраны, например
ацетилцеллюлозные, можно наносить набрызгиванием. Свойства таких мембран,
естественно, зависят от используемого растворителя (или растворителей).
Представленные ниже результаты показывают влияние мембраны и конфигурации
электрода на линейность электродной функции. В случае топливного элемента
и первого рассмотренного в этой главе сенсора без мембраны с задаваемым
потенциалом электродная функция линейна вплоть до концентрации 0,45 мМ
(рис. 16.3). Введение мембраны расширило диапазон линейности до 20 мМ
(рис. 16.6).
Необходимо, чтобы собранные ферментные электроды при хранении до начала
измерений были стабильными. Большинство ферментов можно хранить в
замороженном виде в буферном растворе или охлажденными до 4°С (фирма
Yellow Springs Instruments, США) [30]. Более практично хранить электроды
в сухом виде, как рекомендуют производители диагностических плоских
сенсоров (фирма Ames Company Ltd., США). Сушить электроды можно продувкой
воздухом или вымораживанием.
16.6. Заключение
За последние несколько лет наши знания в области электрохимических
биосенсоров быстро углубляются. Это обусловлено взаимодействием биохимии,
электрохимии
236
Глава 16
и электроники, а также экономическими стимулами. Имеются коммерческие
разработки ферментных электродов для диагностических анализов,
позволяющие проводить серийное определение некоторых метаболитов,
например глюкозы, в клинических лабораториях. Описанные системы пригодны
также для самоконтроля пациентов -путем визуального сравнения с цветной
шкалой или, для большей точности, с использованием рефлектометра.
Преимущества амперометрических систем перед существующими методами
заключаются в возможности количественного определения отдельного
метаболита, причем независимо от давления кислорода, без предварительной
обработки пробы или промывки электрода перед использованием. В принципе
электроды должны быть стабильными как при хранении, так и в эксплуатации
и давать воспроизводимый в определенных рамках сигнал. Кроме того, они не
должны быть подвержены мешающему влиянию других метаболитов. Способность
амперометрических сенсоров работать в мутных растворах, например в крови,
позволяет применять их и в других областях, например для анализа
промышленных образцов и объектов окружающей среды.
Благодарность
Автор хотел бы выразить благодарность своим коллегам-сотрудникам фирмы
