Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
сигнала может быть следствием быстрой инактивации фермента. Кроме того,
поскольку реакция является не кинетически, а диффузионно контролируемой,
могут возникать проблемы, связанные с загрязнением мембраны. Загрязнение
может происходить независимо от того, диффундирует ли определяемое
вещество непосредственно к электроду in situ, или в диализатор, или
фильтруется и транспортируется дальше к внешнему датчику. В любом случае,
если предполагается, что электрод будет работать долгое время, необходима
градуировка процесса переноса вещества через мембрану.
Применение биосенсоров для непрерывного контроля различных процессов
осложняется проблемой такой градуировки. Правда, в случае сенсора,
работающего in situ,
288
Глава 19
Рис. 19.5. Гнездо для градуировки сенсора in situ. Электрод 1 вводят в
реактор через открытый шаровой кран 3. Перед градуировкой сенсор
выдвигают в положение 2, после чего кран закрывают и через камеру 4
пропускается градуировочный раствор 5. После градуировки кран открывают j
и электрод возвращают на место в рабочее положение. j
градуировка выполняется довольно просто. Рис. 19.5 иллюстрирует способ
градуировки, применяемый в лаборатории автора. Суть этого способа
заключается в том, что датчик вводится в систему через шаровой кран, из
которого его в процессе градуировки периодически частично вытягивают.
Чтобы биосенсоры можно было широко использовать в жестких условиях в
ферментере, их предстоит во многом усовершенствовать. Однако возможность
компенсации окружающих факторов и градуировки помещенного в реактор
сенсора делает весьма заманчивым применение биосенсоров для контроля
биотехнологических процессов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Cleland N.. Enfors S.-O. Control of glucose-fed batch cultivations of
E. coli by means of an oxygen stabilized enzyme electrode. Eur. J. Appl.
Microbiol. Biotechnol., 18, 141-7 (1983).
2. Cleland N., Enfors S.-O. Externally buffered enzyme electrode for
determination of glucose. Anal. Chem., 56, 1880-4 (1984).
3. Enfors S.-O. Oxygen-stabilized enzyme electrode for glucose analysis
in fermentation broths. Enzyme Microb. Technol., 3, 29-32 (1981).
4. Enfors S.-О., Cleland N. Calibration of oxygen- and pH-based enzyme
electrodes for fermentation control. In Chemical sensors (ed. T.
Seiyama), pp. 672-676. Elsevier, Amsterdam, 1983.
.5. Linek V, Benes P., Sinkula J., Holecek O., Maly V. Oxidation of D-
glucose in the presence of glucose oxidase and catalase. Biotechnol.
Bioeng., 22, 2515-27 (1980).
6. Romette J. L., Froment B., Thomas D. Glucose oxidase electrode.
Measurements of glucose in samples exhibiting high variability in oxygen
content. Clin. Chim. Acta, 95, 249-53 (1979).
Глава 20 Применение in vivo химических сенсоров и биосенсоров в
клинической медицине
Дензил Дж. Клеремонт, Джон С. Пикап
20.1. Введение
Для целей данной главы биосенсор in vivo можно определить как небольшой
датчик зондового типа, который вводится либо прикрепляется к телу для
непрерывного определения (без добавления реагентов) концентрации веществ,
представляющих интерес для выявления патологии или терапии.
В литературе многие сенсоры описывают как потенциально имплантируемые,
однако, хотя они нередко представляют собой значительные научные
достижения, их авторы уделяют мало внимания клиническому подтверждению
возможности непрерывного мониторинга концентрации того или иного
вещества. Любой in vivo биосенсор (до тех пор, пока они не станут в целом
безвредны) представляет риск для пациента или добровольца. Поэтому,
выбирая вещество для непрерывного мониторинга, важно установить критерии
отбора. По нашему мнению, прежде всего это должно быть вещество,
концентрация которого меняется так быстро (как, например, в случае
глюкозы в крови или артериального давления кислорода, раО,), что обычный
анализ in vitro не позволяет адекватно следить за ходом этого изменения
метода в минуту. Во-вторых, изменения концентрации должны иметь
физиологическое или клиническое значение. Общая цель развития in vivo
биосенсоров в медицине заключается в том, чтобы улучшить контроль
состояния пациентов, и, если исходить из приведенных выше соображений, в
настоящее время основными компонентами, для которых имеет смысл
непрерывный мониторинг, являются содержащиеся в крови газы, pH, глюкоза и
калий.
В будущем, возможно, будут разработаны системы с замкнутым контуром, в
которых с помощью биосенсоров будут непрерывно контролироваться уровни
содержания различных лекарственных веществ в крови, а скорости их
поступления из подающего насоса будут регулироваться с помощью обратной
связи, что позволит поддерживать их концентрации в узком терапевтическом
диапазоне. Значительный интерес представляют и незамкнутые системы для
контролируемого введения нескольких лекарственных препаратов [38, 45].
В определенных обстоятельствах имплантируемые биосенсоры могут быть также
полезны для периодического аналитического контроля. Теоретически
