Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Тёрнер Э. -> "Биосенсоры: основы и приложения" -> 133

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 .. 127 128 129 130 131 132 < 133 > 134 135 136 137 138 139 .. 355 >> Следующая

клетками Р. vulgaris ускоряется, когда элемент находится под нагрузкой
[49].
Чтобы оценить значение стадии переноса электрона (разд. 17.3.3.1,6),
целесообразно воспользоваться предыдущим примером, выразив ток с помощью
обычного уравнения для скорости электрохимического процесса:
i = FkcA,
где с-концентрация восстановленной формы медиатора, переносящего заряд на
электрод; А - площадь рабочего электрода (обычно принимаемая равной 1
см2); к-константа скорости электрохимической реакции. Методом циклической
вольтамперометрии показано, что для нескольких эффективных медиаторов к
составляет 10"2-10"3 см/с. Подставляя эти значения в приведенное выше
уравнение, находим, что при концентрации 1,0 мМ ток может поддерживаться
на уровне 0,1-1,0 мА и, следовательно, поляризацией электрода можно
пренебречь.
Для сравнения уместно отметить, что во многих сенсорах косвенного
действия, где существует зависимость от давления кислорода или
концентрации продукта, равновесие устанавливается медленно, и процессы на
электроде протекают вяло. Это, в частности, обусловлено диффузионными
ограничениями. Зависимость от потребления кислорода является общим
недостатком многих систем, содержащих популяции аэробных микроорганизмов
с высокой плотностью. Давление кислорода в них может стать исчезающе
малым, а его перенос сильно замедлиться [16]. Следовательно, необходимо
различать методы с использованием кислородного электрода, которые по
246
Глава 17
существу являются полярографическими, и амперометрические методы с
редокс-медиаторами, для которых это неверно.
17.3.3.3. Электродные потенциалы медиаторов. В микробных топливных
элементах выгодно использовать медиаторы с низким окислительно-
восстановительным потенциалом, чтобы получить максимальное напряжение.
Для сенсоров это, однако, не играет роли при условии адекватности
сигнала. Здесь заслуживают внимания медиаторы с более высоким Е°, которые
обычно более стабильны и менее склонны к реокислению молекулярным
кислородом. Мешающее влияние кислорода, однако, уменьшается, если
кинетика процессов взаимодействия медиатор-микроорганизм и медиатор-
электрод такова, что способствует быстрому переносу электронов.
17.3.3.4. Электродные материалы. В настоящее время имеются данные о том,
что углеродные электроды можно успешно использовать в сочетании с
биокатализатором. Эти электроды обладают подходящими электрохимическими
свойствами [10, 52], а модифицируя их поверхность путем контролируемого
окисления, можно получить на ней группы, идеальные для образования
связующих мостиков с цельными микроорганизмами (см. раздел 17.5).
17.4. Экспериментальные устройства с цельными клетками
Проиллюстрируем применение биотопливных элементов прямого действия для
получения электрических сигналов, пропорциональных концентрации
субстрата, примерами с глюкозой и этанолом. При этом рассмотрим два
субстрат-зависимых параметра: 1) общий кулонометрический сигнал ячейки
при постоянной нагрузке;
2) скорость нарастания тока (или потенциала).
Определенную ценность при исследовании представляют также ток пика,
потенциометрический, потенциостатический, импедансный и емкостный
сигналы. На рис. 17.3 показана линейная зависимость кулонометрического
выходного сигнала от концентрации глюкозы для сенсора на основе P.
vulgaris, аналогичная приведенной на рис. 17.2. На рис. 17.4 изображена
концентрационная зависимость скорости нарастания тока для того же
элемента с HNQ в качестве медиатора и постоянным анодным потенциалом,
который поддерживается активной нагрузкой.
На рис. 17.5 показано изменение во времени тока топливного элемента на
основе Methylomonas methylovosa при последовательных добавках этанола. В
этих экспери-
5
Рис. 17.3. Корреляция между электрическим сигналом и концентрацией
глюкозы для сенсора на основе топливного элемента с Р. vulgaris. Условия:
60 мг (сухой вес) микроорганизмов; сопротивление нагрузки 100 (О) и 50 Ом
( А ); 30° С.
о о,г о,и 0,6 о,8 ио
Концентрация глюкозы, мкмоль
От топливных элементов к бносснсорам
247
Рис. 17.4. Скорость увеличения тока в зависимости от концентрации глюкозы
для топливного элемента-сенсора на основе P. vulgaris. Условия: 8 мМ 2-
гидрокси-1,4-нафтахинон; 50 мг (сухой вес) микроорганизмов: 30" С.
Сопротив.ление нагрузки автоматически подбиралось таким, чтобы напряжение
оставалось постоянным и равным 0,53 В.
Рис. 17.5. Изменение во времени тока топливного элемента на основе
Methylomonas methylovora. Условия: 1 мМ тионин; 60 мг (сухой вес)
микроорганизмов: 560 Ом. В точках 1, II, III, IV добавлено 0,5: 1,0: 1,5
и 2,0 мкмоль этанола соответственно.
400
1 300 "Г
§ ZOO

*
?
?
100
\ X
if - t ч t V t V \ t
I 1 // ...1 111 1 -1 IV i i i i i
72 Z4 36 48 60
Время, мин
72 84
Рис. 17.6. Ку лоно метрический сигнал этанол/метанольного топливного
элемента - сенсора как функция концентрации субстрата в пробе. Условия те
же, что и на рис. 17.5: 1 - метанол: 2 - этанол.
Предыдущая << 1 .. 127 128 129 130 131 132 < 133 > 134 135 136 137 138 139 .. 355 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed