Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
(плотности зарядов). Например, грам-положительные и грам-отрицательные
бактерии характеризуются совершенно различными а-дисперсиями [95]. Однако
размеры и поверхностные заряды микроорганизмов сильно зависят как от pH,
так и от их физиологического состояния (например, скорости роста),
поэтому маловероятно, чтобы простые диэлект-
358
Глава 24
рические спектры содержали информацию, достаточную для диагностики без
каких-либо других тестов. Аналогично в неразрушенных клеточных суспензиях
доминирующий вклад в диэлектрические свойства дают самые большие клетки,
так что интерпретация данных, исходно затруднительная, здесь скорее всего
вообще невозможна, кроме самых благоприятных случаев. Автор, однако, не
видит причины, почему бы не распространить метод со счетчиком Культера и
на измерения зависимых от частоты электрических свойств отдельных клеток.
В частности (см. также ниже), используемые в счетчике Культера
электрические поля делают возможным использовать для данной цели
нелинейные электрические характеристики клеток, а они, как можно ожидать,
сильнее зависят от специфических особенностей клеток, чем просто линейные
электрические характеристики. Таким образом, хотя и нельзя предполагать,
чтобы диэлектрическая спектроскопия суспензий микробных клеток позволила
выявлять отдельные микроорганизмы (более продуктивным могло бы быть
определение колоний), использование более совершенных методов
действительно открывает некоторые возможности в смысле охарактеризования
неизвестных клеток. Однако, поскольку, опубликованные до сих пор
диэлектрические спектры микроорганизмов охватывают не более десяти
различных видов (неизвестного физиологического состояния), предстоит еще
проделать большую работу, прежде чем можно будет адекватно оценить многие
обещающие возможности этой области.
Другие довольно широко используемые методы, связанные с измерением
объемной диэлектрической проницаемости, проводимости или импеданса клеток
и тканей,-это импедансная плетизмография [4, 33, 154, 222] и пневмография
[104, 158]. Измерения диэлектрических свойств вырезанной ткани используют
для определения свежести [ 170, 122, 123, 215] и качества [165] пищевых
продуктов. Что касается измерений в тканях, то здесь следует также
упомянуть значительное локальное понижение импеданса кожи в области
меридиональных точек, играющих важную роль в акапунктуре [15, 111].
Нахождение таких точек путем измерений импеданса, и это нетрудно
доказать, является биосенсорной процедурой в строгом смысле слова.
Измерения проводимости гомогенных растворов, очевидно, наиболее широко
используют при мониторинге окружающей среды. Этот метод хорошо подходит и
для оценки солености морской воды (см., например, [18, 34, 223]).
Аналогично в геодезических изыскательских работах применяют методы,
связанные с измерениями электрического сопротивления пород, хотя
физическая и механистическая интерпретация данных и здесь далеко не
проста [100, 166]. Отметим также, что можно достичь хорошего временного
разрешения измерений проводимости, используя частоты, соответствующие
микроволновой области [62]. В работе [181] проводится полезное обсуждение
элегантного кондуктометрического метода определения размеров газовых
пузырьков и распределения скоростей в микробных ферментерах. Возможности
импедансометрии для контроля хроматографических элюентов рассматриваются,
например, в работе [3].
Что касается применения кондуктометрии в биосенсорах вообще, авторы [13,
134, 135] недавно подчеркнули, что большинство реакций, используемых в
потенциометрических и амперометрических ферментных электродах, например
зависимые от концентрации мочевины изменения pH и р[ в электродах,
содержащих уреазу, могут быть на том же уровне, или лучше, оценены
кондуктометрически. Аналогично авторы [6] использовали связанные с
ферментативной реакцией изменения емкости двойного электрического слоя
симметричных металлических электродов как меру активности фермента или
субстрата. Такие измерения стремятся проводить на одной частоте, не
обсуждая вопрос о том, что в случае многочастотных измерений могли бы
получиться более селективные и информативные сенсоры.
Наконец, упомянем использование кондуктометрии для улучшения времени
откли-
Спектроскопия электрического адмиттанса
359
ка [171] и селективности [172] ионоселективных электродов, обычно
используемых в потенциостатическом режиме. Исходя из особенностей
рассмотренного выше импеданса электродов, для этих измерений найден
оптимальный временной (частотный) диапазон. В данном случае использовали
запаздывание 0,1 мс между стимулирующим импульсом и измеряемым откликом
системы.
Естественно, таких примеров можно было бы привести намного больше.
Хотелось бы, однако, чтобы читатель усвоил, что при правильном выборе
соответствующих частот и/или матрицы пробы с помощью импедансометрии в
различных ее вариантах можно контролировать большое количество жизненно
