Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
трудностей, связанных, например, со стабильностью ферментной мембраны или
широким концентрационным диапазоном, прилагались большие усилия. Первая
система с обратной связью, Biostator, описана в работе [13]. При
использовании разбавленной крови ферментный электрод этой системы
работает стабильно до 50 ч и дает линейный отклик при концентрации
глюкозы до 27,5 ммоль/л. В работах [1, 67] предложены имплантируемые
сенсоры с электродами игольчатого типа (см. также гл. 23). В обоих
приборах изменяется концентрация глюкозы в промежуточной ткани, которая
ниже, чем в венозной крови. Исследования Шичири [67] привели к созданию
переносной искусственной поджелудочной железы массой 400 г, состоящей из
игольчатого сенсора, миникомпьютера и системы привода двух шприцов.
В разработанном Крэнфилд-Оксфордской группой исследователей [7] прототипе
персонального портативного глюкозного монитора для больных диабетом
используется модифицированный ферроценом глюкозооксидазный сенсор. Сигнал
этого сенсора не зависит от концентрации кислорода и в случае
неразбавленной цельной крови хорошо согласуется с данными стандартных
методов анализа плазмы (см. также гл. 15 и 16).
18.2.1.7. Контроль бродильных процессов. Ключевой проблемой в этой
области является непрерывный мониторинг концентраций различных субстратов
и продуктов биохимических реакций [12]. Основные трудности связаны с
колебаниями концентрации кислорода в бродильном бульоне и потребностью в
кислороде для реакции, катализируемой глюкозооксидазой.
В работе [42] периодический анализ проб бродильного бульона проводили
путем дифференциального измерения токов системы, включающей глюкозный
сенсор и вспомогательный электрод; в качестве акцептора электронов
использовали гексациано-феррат(Ш). Для решения этой же задачи авторы [3]
использовали увеличение концентрации восстановленного акцептора водорода,
и-хинона. Дополнительно проводили продувку системы инертным газом.
В работе [55] предложен глюкозный электрод с ферментной мембраной,
характеризующейся высокой растворимостью кислорода. Перед анализом
мембрану насыщают воздухом, после чего она служит резервуаром,
поставляющим достаточное количество кислорода для глюкозооксидазной
реакции. Этот метод, однако, не пригоден для анализа in situ в
ферментационных процессах.
Наиболее интересной разработкой в этой области является стабилизированный
по отношению к кислороду глюкозный электрод с электрохимической
генерацией кислорода [12]. Таким образом, колебания концентрации
растворенного в пробе кислорода не влияют на выходной сигнал (см. также
гл. 19).
18.2.1.8. Галактоза и лактоза. Галактоза служит альтернативным источником
углеводов и улучшает гомеостатическую регуляцию глюкозы у недоношенных
детей. Она в принципе может оказывать токсическое действие, поэтому
необходимы чувствительные методы ее определения. В норме концентрация
галактозы в сыворотке ниже 0,24 ммоль/л. В виде дисахарида галактоза
содержится только в молоке. В грудном молоке ее средняя концентрация
составляет 0,3-0,6 ммоль/л, а в коровьем молоке-0,25-0,28 ммоль/л.
Значительный интерес представляет и разработка методов
Применение амперометрических биосенсоров в анализе
263
определения лактозы, поскольку ее содержание в пищевых продуктах
указывает на количество добавленного в них порошкового молока.
И галактозу, и лактозу определяют, используя галактозооксидазу (ЕС
1.1.3.9), иммобилизованную на расположенной перед электродом
ацетилцеллюлозной мембране, избирательно проницаемой для пероксида
водорода [70]. Линейная зависимость от концентрации при определении
галактозы или лактозы наблюдается в диапазоне по меньшей мере от 0 до 30
ммоль/л. Как правило, мембрана может служить в течение 10 дней, а
погрешность измерений не хуже 2%. Из физиологически активных веществ
мешает определению только дигидроксиацетон.
Иммобилизованный ферментный электрод для определения лактозы включен в
специальный комплект анализатора YSI Industrial Analyzer модели 27 (фирма
Yellow Springs Instruments) и автоматического анализатора Enzymat (фирма
Seres, Франция). Кроме того, фирма Yellow Springs Instruments предлагает
специальную методику определения фруктозы с помощью иммобилизованной
галактозооксидазы по реакции, до сих пор не описанной в литературе [20].
Разработаны также лактозные сенсоры с совместно иммобилизованными (3-га-
лактозооксидазой (ЕС 3.2.1.23) и глюкозооксидазой [5, 10].
18.2.1.9. Сахароза. Сахароза является важнейшим представителем
дисахаридов. Она присутствует в различных пищевых продуктах и напитках
для придания им сладкого вкуса или как исходный продукт брожения.
Сахарозу получают из сахарного тростника или сахарной свеклы, в которых
ее содержание обычно находится в пределах 15-25%. Надежное определение
сахарозы требуется в производстве сахара, для контроля ферментационных
процессов и качества пищевых продуктов.
До сих пор в основе действия всех ферментных электродов на сахарозу лежит
