Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
воспроизводимость. Следовательно, исходя только из аналитических
характеристик, нельзя обоснованно выбрать какой-либо тип биокатализатора
и предпочесть его другим. Необходимо принимать во внимание срок службы
сенсора. Сенсор с чистым ферментом служит слишком мало, чтобы
использовать его на практике. Митохондриальный, бактериальный и тканевый
сенсоры значительно более долговечны, поскольку в них фермент находится в
естественном окружении.
После сравнения условий работы и подготовки бактериального и тканевого
сенсоров становится очевидным, что тканевый сенсор наилучшим образом
подходит
Биосепсоры на основе растительных и живых тканей
39
Таблица 3.2. Аналитические характеристики глутаминовых биосенсоров
Биокаталитический Наклон, Предел об- Диапазон Время Срок
материал мВ/рС наружения, линейности, отклика, службы,
я-10~5, М мМ мин дни
Фермент 33-41 6,0 0,15-3,3 4-5 1
Митохондрии 53 2,2 0,11-5,5 6-7 10*
Бактерии 49 5,6 0,1-10 5 20*
Ткань 50 2,0 0,064-5,2 5-7 * О гг,
* Минимальное значение
Таблица 3.3. Требования к условиям работы и подготовки глутаминовых
биосенсоров
Тип электрода
Рабочая среда
Требования к подготовке
Ферментный
Тканевый
Митохондриаль-
ный
Бактериальный
0,1 М фосфатный буферный раствор, pH 7,8; 0,02% NaN3
То же
Сложная буферная система с pH 8,5; 0,12 М К.С1; 20 мМ Трис-НС1;
40 мМ Трис-Н3Р04; 5 мМ сукцина-та; 1 г/1,5 мл ротенона; 0,02% NaN3 0,1 М
Трис-НС1; 0,01 М МпС12; pH 7,5
Суспензию фермента помещают между диализными мембранами; хранить в
буферном растворе при комнатной температуре Вырезанный слой ткани
закрепляют найлоновой сеткой; хранить в рабочем буферном растворе при
комнатной температуре
Суспензию фракции выделенных митохондрий помещают между диализными
мембранами; хранить в рабочем буферном растворе Культуру бактерий
фильтруют в стерильных условиях: промытую
суспензию клеток помещают между диализными мембранами
для определения глутамина. Чтобы гарантировать аналитические свойства
бактериального сенсора, необходимо собирать его в стерильных условиях и
следить за чистотой используемой клеточной линии. В случае
митохондриального биосенсора необходимо выделять митохондрии и
поддерживать их в работоспособном состоянии. Хотя по сравнению с очисткой
фермента выделение митохондрий является относительно легкой процедурой,
оно все же значительно сложнее, чем получение тонкого слоя ткани почки
свиньи. Бактериальный же сенсор можно предпочесть в тех случаях, когда
нельзя использовать фосфатный буферный раствор.
Таким образом, сравнительное изучение различных биосенсоров позволяет
заключить, что для определения глутамина наилучшим биокаталитическим
материалом является тонкий слой ткани почки свиньи. Этот вывод, однако,
нельзя распространить и на другие типы биосенсорных систем.
Действительно, прежде чем делать какие-либо общие утверждения, касающиеся
биокаталитических материалов, необходимо тщательное сравнительное
исследование, подобное рассмотренному в данном разделе.
3.2. Аденозиновый биосенсор
Хотя глутаминовый биосенсор на основе тонкого слоя ткани почки свиньи
проявляет высокую избирательность к глутамину по сравнению с другими
биомолекулами,
40 Глава 3
следует осознать, что лишь в редких случаях тканевые биосенсоры могут
быть высокоселективным к какому-либо субстрату, поскольку большинство
тканевых материалов содержит множество ферментов и в них протекают
разнообразные метаболические процессы. Примером может служить биосенсор
аденозина на основе клеток слизистой оболочки тонкой кишки мыши,
иммобилизованных на поверхности датчика, чувствительного к газообразному
аммиаку. Этот сенсор обладает значительной электродной функцией к
аденозиновым нуклеотидам. Для таких тканевых систем разработана
методология повышения селективности, включающая экспериментальное
выявление мешающего процесса и селективное подавление активности его
ключевого фермента.
В аденозиновых электродах суспензию клеток слизистой оболочки тонкой
кишки мыши помещают на поверхность газоаммиачного датчика. Клетки
иммобилизуют путем включения их в гелевый слой из смеси бычьего
сывороточного альбумина (БСА) и глутарового альдегида, нанесенный на
газопроницаемую мембрану аммиачного датчика [9]. Для формирования отклика
используют фермент аденозиндеаминазу.
На рис. 3.5 показана электродная функция рассматриваемого тканевого
биосенсора к аденозину, аденозинмонофосфату (АМР), аденозиндифосфату
(ADP) и аденозинтри-фосфату (АТР) в рабочем буферном растворе (pH 8,2),
содержащем 0,2 М Трис-HCl и 0,02% азида натрия. Как видно, аденозиновые
нуклеотиды дают значительный сигнал, который может создавать существенные
помехи при определении аденозина. Для улучшения избирательности сенсора
желательно создать оптимальные условия для деаминирования аденозина и
подавить деаминирование нуклеотидов. Выбор наиболее эффективного метода
подавления зависит от того, с каким метаболическим процессом связана
мешающая реакция деаминирования.
