Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
раствора), выражалась бы в обеспечении большей доступности ферментного
слоя для кислорода и большей независимости от диффузии кислорода из
омывающей жидкости после начала реакции [14].
Наконец, анодное окисление пероксида водорода не всегда контролируется
диффузией, и его скорость может ограничивать сигнал сенсора. Скорость
окисления может зависеть от предварительной обработки электрода [16].
22.4.4. Потенциометрическое детектирование пероксида водорода
Принцип потенциометрического определения концентрации глюкозы реализован
в сенсоре, предложенном в работе [39] (см. также гл. 10). Глюкозооксидазу
иммобилизуют непосредственно на поверхности платинового рабочего
электрода; методика иммобилизации включает удерживание в полиакриламидном
геле, сшивание глутаровым альдегидом в альбуминовом носителе или
связывание с платиной через гамма-аминопропилтриэтоксисилан [55].
В отличие от амперометрического детектирования, при котором на электроды
накладывают внешний потенциал и контролируют локальные концентрации
кислорода и пероксида водорода непосредственно по генерируемому току, при
потенциометрическом детектировании измеряют псевдоравновесный потенциал
исследуемой системы. Электрохимическая реакция, определяющая этот
потенциал, является результатом взаимодействия между генерируемым в
ферментативной реакции пероксидом водорода и поверхностью платины [54].
Функционирование данной системы всегда критическим образом зависит от
процедуры очистки электрода. При исследованиях in vitro отклик
потенциометрического сенсора линейно зависел от логарифма концентрации
глюкозы в диапазоне от 0,6 до 22 ммоль/л. Теоретически преимущества этой
системы для использования in vivo связаны с низким значением
генерируемого потенциала и заключаются в минимуме электрохимических помех
и возможности миниатюризации электрода.
22.4.5. Детекторы кофакторов
Концепция детектирования кофакторов базируется на способности кофакторов
действовать как временные акцепторы протонов и электронов, высвобождаемых
при
Глюкозные сенсоры для искусственной поджелудочной железы
325
окислении субстратов окислительно-восстановительными ферментами (гл. 15).
Общий принцип состоит в том, чтобы создать твердый электрод, в котором
природные или искусственные кофакторы были бы составной частью
электронпроводящей подложки и фермент иммобилизовался с кофактором. Такой
электрод в целом должен вести себя как кофактор, т.е. в ферментативной
реакции выступать как акцептор или донор электронов (рис. 22.5, в).
Описано сопряжение рибофлавина с поверхностью углеродного электрода [51],
облегчающее перенос электрона. Дальнейшая разработка этой системы
заключалась в превращении иммобилизованного рибофлавина в FAD, что
приводило к возникновению ферментативной активности при добавлении
апофермента глюкозооксидазы [52]. Позже авторы [11] использовали
иммобилизованные производные ферроцена (ионы феррициния), которые могли
электрохимически окисляться и взаимодействовать с восстановленной
глюкозооксидазой. При избытке таких реагентов подача кислорода в
каталитический слой слабо влияет на скорость ферментативной реакции (см.
гл. 15 и 16). Недавно описан [25] глюкозный сенсор с бензохиноном в
качестве кофактора. Глюкозооксидазу удерживали на поверхности и-
бензохинон - углеродного ластового электрода с помощью нитроцеллюлозной
пленки. Такой сенсор с электрокаталити-ческим окислением глюкозы
характеризуется диапазоном линейности отклика до 15 ммоль/л, временем
отклика около 20 с и нечувствительностью к колебаниям давления кислорода
в исследуемых растворах.
22.5. Конструкции глюкозооксидазных in vivo сенсоров
В новейших разработках, направленных на создание имплантируемых глюкозных
сенсоров, отдают предпочтение трем конструктивным типам сенсоров:
плоским, проточным и игольчатым. Основными частями сенсоров с плоской
конфигурацией являются плоская подложка, на которой размещены рабочий
металлический электрод, противоэлектрод и электрод сравнения, покрытые в
различных сочетаниях ферментными и неферментными, гидрофильными и
гидрофобными мембранами. Такие мембраны служат носителями фермента,
средой, в которой протекает химическая реакция, и выступают в роли
диффузионного барьера, обеспечивающего оптимальные концентрации глюкозы и
кислорода в этой среде. Авторы [17] описали плоский сенсор, помещенный в
проточную камеру. Сенсор состоял из платинового анода для детектирования
пероксида водорода, хлоридсеребряных электрода сравнения и противо-
электрода, глюкозооксидазы, иммобилизованной на сефарозе и удерживаемой
гидрофильными ацетилцеллюлозными мембранами, и гидрофобной пористой
тефлоновой мембраны перед анодом. Испытание in vivo на нормальных и
больных диабетом собаках дало удовлетворительную корреляцию между
показаниями сенсора и стандартными значениями содержания глюкозы в плазме
при времени отклика от 90 до 120 с. При градуировке in vitro линейный
диапазон простирался до концентрации глюкозы 40 ммоль/л.
