Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Тёрнер Э. -> "Биосенсоры: основы и приложения" -> 131

Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.

Тёрнер Э., Карубе И., Уилсон Дж. Биосенсоры: основы и приложения — М.: Мир, 1992. — 614 c.
Скачать (прямая ссылка): biosensoriosnoviiprilojeniya1992.djvu
Предыдущая << 1 .. 125 126 127 128 129 130 < 131 > 132 133 134 135 136 137 .. 355 >> Следующая

этой системы позволил оценить, как расходуется глюкоза в анодном
отделении. Оказалось, что кулонометрический выход при окислении глюкозы
составляет около 50% [49]. Эти результаты были получены при помощи
элемента, содержащего 30 мг свободно суспендированных бактерий. Такой
элемент способен генерировать сигнал в миллиамперном диапазоне при
измерении тока или в сотни милливольт при измерении напряжения. При
добавлении субстрата мощность элемента быстро восстанавливается (рис.
17.2). Для аналитических целей такой прибор, однако, слишком велик (объем
анодного отделения 15 см3) и обладает довольно большим временем отклика
(несколько минут). Чтобы
От топливных элементов к биосенсорам
243
этот сенсор был удобен для работы, необходимо значйтельно изменить его
размеры и конфигурацию. Эти вопросы рассматриваются в разделе 17.5.
17.3.2. Взаимодействие медиаторов с микроорганизмами
Работы по топливным элементам дали много информации, необходимой для
разработки сенсоров на основе микроорганизмов. Эффективность
преобразования сигнала зависит от скорости восстановления медиатора,
которая существенно различается для разных типов микроорганизмов и
медиаторов. Это иллюстрирует приведенная в табл. 17.2 выборка данных из
последних работ [42, 48]. Независимо от
Таблица 17.2. Скорость восстановления медиаторов микроорганизмами, мкмоль
г-1с-1 (субстрат - глюкоза, 30°С)
Микроорганизм Qo, Т МГ БКС БВ
Е. coli В/г 1,76 3,65 4,16 0,99 2,23
P. vulgaris 0,69 7,10 1,70 1,03 6,11
P. aeruginosa 1,03 1,54 - 0,63 0,31
Примечание: Т-тионин; МГ-метиленовый голубой: БКС-бриллиантовый
крезоловый синий: БВ-бензил-виологен; <20п - дыхательный коэффициент, или
скорость восстановления молекулярного кислорода (необходимо отметить, что
в процессах восстановления О,, Т, МГ, БКС и БВ участвуют 4. 2, 2, 2 и 1
электрон соответственно).
причины такие различия в реакционной способности медиаторов можно было бы
использовать для различения типов микроорганизмов и раздельного
определения и подсчета клеток. Скорость восстановления в рассматриваемых
системах обычно зависит от концентраций микроорганизмов, медиатора (до
известных пределов) и субстрата (в зависимости от условий загрузки). Для
данного микроорганизма и медиатора она вполне воспроизводима и
обнаруживает лишь небольшие колебания (до 20%) в зависимости от скорости
роста микроорганизма.
Вопрос о том, какой тип молекул медиатора или какое его свойство
обеспечивает быстрый перенос электрона в системах с интактными
микроорганизмами, относится к числу трудноразрешимых. Не существует
простой зависимости от заряда медиатора, однако его липофильность может
играть важную роль, способствуя проникновению в липидные мембраны [7].
Другие факторы подробно рассмотрены в работе [4]. Достижимые редокс-
уровни в системе, видимо, варьируют для различных микроорганизмов и
медиаторов, но соотнести их со специфическими восстановительными центрами
трудно. Попытки точной локализации восстановителя, возможно, не имеют
смысла, поскольку частицы, непосредственно взаимодействующие с
медиатором, необязательно являются основным источником электронов, а
концентрации и окислительно-восстановительные состояния внутриклеточных
промежуточных соединений и медиатора могут оказаться взаимосвязанными.
Некоторое представление о механизме взаимодействия клеток с медиатором
можно получить, анализируя кинетику восстановления различных медиаторов.
Примером может быть восстановление тиони-на и 2-гидрокси-1,4-нафтохинона
(HNQ). Оба эти вещества являются эффективными медиаторами для живых
клеток [5]. В буферном растворе тионин исключительно быстро (на несколько
порядков быстрее, чем многие его производные) реагирует со свободным
NADH; напротив, HNQ в этих условиях вообще не реагирует со свободным
NADH. Это показывает, что сам по себе NADH не может восстанавливать HNQ в
клетке, следовательно, поставщиком электронов должен быть какой-то другой
16*
244
Глава 17
интермедиат. Интересно, что HNQ восстанавливается NADH в присутствии
мембранных частиц [11].
Использованию многих медиаторов в сенсорах препятствует их низкая
долговременная устойчивость, особенно в восстановленной форме. Следует
также отметить, что многие требования к медиаторам, используемым в
биотопливных элементах, отличаются от требований, предъявляемых к
медиаторам для сенсоров, где необходим определенный компромисс. В случае
растворимых медиаторов возникают трудности, связанные с их потерей, тогда
как нерастворимые медиаторы дают диффузионно ограниченные токи. Влияние
солюбилизирующих групп проявляется сложно: положительно заряженные группы
способствуют миграции восстановленного медиатора к аноду, но заодно и
облегчают нежелательную адсорбцию на нем (как в случае тионина); группы с
отрицательным зарядом ингибируют проникновение медиатора через
отрицательно заряженные клеточные стенки и его перенос к катоду
(отрицательному электроду), хотя в случае аниона HNQ это не очевидно. В
Предыдущая << 1 .. 125 126 127 128 129 130 < 131 > 132 133 134 135 136 137 .. 355 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed