Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
существует довольно тесная временная связь уровней глюкозы в крови и в
подкожной ткани. При этих условиях время отклика менее 2 мин (для
достижения 95%-ного уровня сигнала) было бы вполне удовлетворительным.
20.5.0.9. Градуировка. В идеале сенсор должен работать настолько
стабильно и надежно, чтобы было достаточно только фабричной градуировки.
За отсутствием этого можно проводить на месте градуировки по одной точке.
20.5.0.10. Конструкция. Конструкция электрода должна быть такой, чтобы он
воспроизводился в больших количествах, легко стерилизовался и имел низкую
стоимость. Многочисленные работы, посвященные возможным направлениям
развития сенсоров, недавно рассмотрены в обзорах [39, 56] и обсуждаются в
различных главах этой книги. Большинство глюкозных сенсоров включает
амперометрические
300
Глава 20
или потенциометрические ферментные электроды, электрокаталитические
сенсоры, не содержащие ферментов, и оптоэлектронные системы типа
биоаффинного датчика [32], рассмотренного в гл. 32. Здесь мы ограничимся
обзором сообщений об испытаниях in vivo некоторых глюкозных сенсоров на
человеке и/или животных.
Авторы [53] одними из первых провели испытание in vitro и in vivo
электро-каталитического глюкозного сенсора, имевшего конфигурацию
топливного элемента. Сенсоры в форме диска размером 2 х 0,2 см
имплантировали в подкожную ткань обезьян Масаса rhesus или кроликов. В
острых опытах ток сенсора изменялся в соответствии с уровнем глюкозы в
крови после еды или внутривенного введения глюкозы с задержкой 0-15 мин.
По-видимому, сенсор не оказывал обратного влияния на концентрацию
глюкозы. Хотя сенсоры имплантировали на несколько недель, приводится мало
информации о дрейфе и биологической совместимости. В работе [31]
электрокаталитический глюкозный сенсор помещали в проточную камеру,
введенную в артериовенозный шунт собаки. В ходе кратковременных
экспериментов в диапазоне потенциалов от -0,4 до -0,8 В уменьшение
анодного тока было тесно связано с концентрацией глюкозы в крови.
Авторы [5] разработали и испытали на собаках глюкозооксидазный ферментный
электрод, основанный на принципе регистрации расхода кислорода. Сенсор
состоял из двух кислородных электродов, покрытых полипропиленовой
мембраной и помещенных в круглый (15 мм в диаметре) пластиковый корпус.
Фермент иммобилизовали на одном из электродов; уменьшение тока этого
электрода сравнивали с сигналом другого, контрольного, электрода. В
диапазоне 0-20 ммоль/л соотношение между разностным током и концентрацией
глюкозы было нелинейным, причем сигнал существенно уменьшался при
понижении давления кислорода. Электроды, имплантированные в подкожную
ткань собак, регистрировали уровни глюкозы, соответствовавшие
приблизительно половине уровня глюкозы в крови. Сконструировали также
имплантируемую систему с замкнутым контуром, состоящую из сенсора и
возвратно-поступательного инсулинового насоса, но она оказалась не в
состоянии поддерживать нормальную гликемию у собак, больных диабетом. По
мнению авторов, это связано с занижением сенсором истинного содержания
глюкозы в ткани из-за низкого р02 несмотря на дифференциальный режим его
работы.
Еще один дифференциальный глюкозный сенсор на основе электрода Кларка,
измеряющего расход кислорода, испытывали на собаках, у которых создавали
внешний шунт между сонной артерией и яремной веной [29] и помещали
электроды в шунт. Из 11 опытов четыре оказались неудачными из-за тромбоза
или проблем, связанных с электрической цепью, но в остальных наблюдалась
хорошая корреляция между выходным сигналом сенсора и концентрацией
глюкозы в крови.
В гл. 1 описан испытанный in vivo амперометрический сенсор на основе
иммобилизованной глюкозооксидазы, детектирующий образование пероксида
водорода [12]. С 1982 г. было проведено множество предварительных
кратковременных исследований этой системы на подкожной ткани и крови,
однако результатов они фактически не дали. В работах [51, 52] описан
аналогичный детектор пероксида водорода игольчатого типа, который был
широко опробован на животных и человеке (см. гл. 23). Между
концентрациями глюкозы в подкожной ткани и крови собак имелась явная
связь, хотя при быстром внутривенном введении глюкозы ее содержание под
кожей возрастало с задержкой в 5-15 мин и было почти на 65% ниже пикового
значения в крови. Чувствительность подкожного имплантированного сенсора
уменьшается до 94% первоначальной за 24 ч, до 90% за 48 ч и до 57% за 72
ч. Падение давления кислорода в ткани примерно с 38 до 25 мм рт.ст.
незначительно влияет на выходные токовые сигналы. Прибор также включали в
переносную систему с замкнутым контуром, испытанную на трех собаках с
удаленной поджелудочной железой. При
Применение in vivo сенсоров в медицине
301
обновлении сенсора каждые четыре дня контроль системы был вполне
удовлетворительным в течение семи дней.
Другой амперометрический сенсор на основе глюкозооксидазы с детектором
