Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
амперометрический мочевинный электрод, разработанный группой Сузуки в
Японии, состоял из комбинации уреазной мембраны с нитрифицирующими
бактериями, которые метаболически продуцируют аммиак и расходуют кислород
(гл. 2). Расход кислорода измеряют, используя датчик типа электрода
Кларка [48]. Описываемый сенсор содержит пять мембран и поэтому имеет
относительно большое время отклика-2 мин для скоростных анализов или 7
мин для стационарных измерений. Характеристики сенсора вполне
удовлетворительны: отсутствует влияние буферного раствора; коэффициент
корреляции с оптическим методом равен 0,97; стабильно работает в течение
10 дней; сигнал линейно зависит от концентрации в диапазоне от 2 до 200
ммоль/л. Однако из-за большого объема анализируемого раствора (50 мл) при
высоких концентрациях и значительном разбросе показаний (коэффициент
вариации равен 5% при концентрации 150 ммоль/л) этот метод применим
только для анализа мочи.
В работе [25] предложен еще один вариант амперометрического определения
мочевины, основанный на pH-зависимости окисления гидразина. Достоинствами
этого метода являются линейная градуировочная кривая (в отличие от
логарифмической характеристики потенциометрических сенсоров, рис. 18.3),
превосходная воспроизводи-' мость (коэффициент вариации 1%), высокая
производительность (40 проб в час в режиме скоростного анализа) и широкий
диапазон линейной зависимости сигнала от концентрации-от 0,025 до 2
ммоль/л (концентрация 1-80 ммоль/л при объеме пробы
4 6
[ОН-] • ю7
Рис. 18.3. Градуировочные кривые амперометрического и
потенциометрического рН-датчика.
Применение амперометрических биосенсоров в анализе
267
50 мкл). Чувствительность метода составляет 75 нА • ммоль "1 • л, тогда
как с описанным выше гибридным мочевинным сенсором достигается всего лишь
4,4 нА-ммоль'1-л. Однако на результаты, получаемые этим pH-чувствительным
методом, влияют многие соединения, например белки или кислые карбонаты,
определяющие pH и буферную емкость биологических жидкостей.
18.2.1.12. Креатинин и креатин. Определение креатинина и креатина в
биологических жидкостях имеет важное значение для диагностики заболеваний
почек, щитовидной железы и мышц. Нормальные концентрации этих соединений
составляют около 100 мкмоль/л.
В работе [74] описано два типа амперометрических многоферментных
электродов для определения креатинина и креатина. На асимметричные
ацетилцеллюлозные мембраны, селективно проницаемые для пероксида
водорода, наносят соиммобилизо-ванные креатининамидогидролазу (СА, ЕС
3.5.2.10); креатинамидиногидролазу (CI, ЕС
3.5.3.3) и саркозиноксидазу (SO, ЕС 1.5.3.1) или только CI и SO (в
случае креатина). Конечным продуктом, определяемым амперометрически,
является пероксид водорода. Оба электрода дают линейный отклик до
концентрации субстратов 760 мкмоль/л. Время отклика составляет всего 20 с
(в скоростном режиме), а предел обнаружения равен 7,6 мкмоль/л. Требуемый
объем пробы-25 мкл, чувствительность -11 нА • ммоль ~1 • л. В течение
одного дня результаты измерений воспроизводятся с коэффициентом
корреляции от 1,3 до 11,7% для креатинина и от 4,8 до 7,6% для креатина.
Корреляция результатов анализа сыворотки этим методом и оптическим
методом Джафе характеризуется следующим образом: для креатинина у =
1,078х - - 23,0 мкмоль/л, г = 0,985; для креатина у = 1,101х - 19,0
мкмоль/л, г = 0,962. За И дней теряется менее 20% активности.
18.2.1.13. Мочевая кислота. Значение количественного определения мочевой
кислоты для диагностики и лечения гематологических болезней общепризнано.
В норме концентрация мочевой кислоты в крови лежит в диапазоне 140-420
мкмоль/л.
В присутствии уриказы (уратоксидаза, ЕС 1.7.3.3) мочевая кислота
окисляется молекулярным кислородом по реакции
Мочевая кислота + 02 -" алантоин + С02 + Н202. (18.2)
Первый амперометрический метод количественного определения мочевой
кислоты в биологических жидкостях был описан Наньо и Гилболтом [45]. Эти
авторы измеряли уменьшение концентрации растворенного кислорода,
поскольку они не могли различать сигналы Н202 и непрореагировавшей
мочевой кислоты. В последующих работах других авторов были предложены
электроды на мочевую кислоту, в которых Н202 и/или мочевую кислоту
подвергали электроокислению. Сводка этих результатов дана в табл. 18.2. В
работе [19] проведено сравнение различных режимов функционирования
(нестационарных и стационарных) кислород- и Н202-чувствительных
электродов с прямым электрохимическим окислением мочевой кислоты (рис.
18.4). Кулис и др. [30] сумели устранить мешающее влияние других
электрохимически активных компонентов биологических проб (например,
аскорбиновой кислоты), используя пероксидазу хрена как катализатор
реакции между Н202 и гексацианоферратом (II) с последующим
восстановлением комплекса Fe(III) на стеклоуглероде при потенциале 0 В
относительно Ag/AgCl-электрода. В работе [82] уриказу сопрягали с
избирательно проницаемой для Н202 мембраной-схема, которая используется в
