Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
Глутаминатдекарбоксилаза, присутствующая в больших концентрациях в желтой
тыкве, катализирует реакцию
Глутаминат <=* 4-аминобутират + С02.
Срез мякоти тыквы иммобилизовали в матрице из БСА и глутарового
альдегида, используя 0,002%-ный диацетат хлоргексидина как консервант.
Оптимальный отклик глутаминатного биосенсора на основе ткани желтой тыквы
наблюдается в 0,1 М фосфатном буферном растворе (pH 5,5), содержащем 40%
глицерина и 0,3 мМ пиридоксаль-5-фосфата. В этих условиях в диапазоне
концентраций глутамината от 4,4 -10"4 до 4,7-10"3 М зависимость сигнала
сенсора от концентрации глутамината близка к нернстовской (наклон 48
мВ/рС), а предел обнаружения составляет 0,2 мМ. Время отклика сенсора
обычно не превышает 10 мин, а его активность сохраняется в течение 7
дней. Особенно важно то, что этот сенсор обладает очень высокой
селективностью и не проявляет чувствительности ко многим другим
биологически значимым соединениям [29].
В целом тканевый глутаминатный сенсор по своим характеристикам
превосходит аналогичную ферментную систему, что свидетельствует о
возможности использования растительных материалов в качестве
биокаталитического компонента.
3.7. Пируватный биосенсор
Как и у некоторых биосенсоров на основе тканей млекопитающих, срок службы
пируватного биосенсора на основе растительной ткани выше, чем у
соответствующей системы с выделенным ферментом [30]. При этом увеличение
срока службы сенсора достигается без потери его селективности, что
объясняется стабилизацией биокатализатора в растительной ткани.
Кукурузные зерна, как известно, отличаются высоким содержанием фермента
пируватдекарбоксилазы, катализирующего реакцию
Пируват + Н20 <=> ацетальдегид + С02.
Устройство, включающее этот биокатализатор в сочетании с датчиком,
чувствительным к диоксиду углерода, позволяет определять пируват. В
пируватном сенсоре тонкий срез кукурузного зерна физически закрепляют на
поверхности электрода с помощью
Биосенсоры на основе растительных и живых тканей
49
обычной диализной мембраны или путем захвата его носителем из БСА и
глутарового альдегида. Подобные способы иммобилизации используют при
изготовлении пируват-ных сенсоров с выделенным ферментом.
Аналитические характеристики пируватных сенсоров на основе ткани
кукурузного зерна и выделенного фермента приведены в табл. 3.6.
Использование кукурузного зерна в качестве биокатализатора улучшает такие
параметры сенсора, как наклон и диапазон линейности градуировочной
кривой, а также предел обнаружения. С другой стороны, ферментная система
имеет меньшее время отклика. Для уменьшения времени отклика тканевого
электрода была предпринята попытка фракционировать зерна, с тем чтобы
иммобилизовать только их активные компоненты. К сожалению, эта попытка
оказалась неудачной, поскольку фермент равномерно распределен по большей
части зерна.
Как видно из табл. 3.6, срок службы электрода на основе кукурузного зерна
Таблица 3.6. Аналитические характеристики пируватных биосенсоров
Фермент Кукурузное зерно
Наклон, мВ/рС 35 47
Предел обнаружения, М 1,6- КГ4 8,0- 10~5
Диапазон линейности, мМ 0,74-4,3 0,25-3,0
Время отклика, мин 4 10 10-25 -
Срок службы, дни 1 7
значительно выше, чем в случае выделенного фермента. Фактически за три
дня наклон градуировочной кривой ферментной системы непрерывно падает с
35 до 12 мВ/рС, тогда как у тканевой системы минимальные изменения
наблюдаются лишь через семь дней. Такое продление срока службы
достигается без ухудшения избирательности - тканевая система практически
нечувствительна к самым разнообразным соединениям, которые в принципе
могли бы влиять на сигнал сенсора [30].
3.8. Биосенсор мочевины
В работе [5] описан биосенсор для определения мочевины, а котором в
качестве биокаталитического компонента используют слой муки из бобов
канавалии мечевидной. Эта мука исходно содержит большое количество
фермента уреазы, который катализирует реакцию
Мочевина + Н20 2NH3 + С02.
Этот биокаталитический материал оказался удачным заменителем чистого
фермента.
Рассматриваемый биосенсор готовят следующим образом. С целого боба
канавалии мечевидной удаляют наружный слой и измельчают семя с помощью
ступки и пестика. Свежеприготовленную муку (обычно 7 мг) наносят на
поверхность газоаммиачного датчика и смешивают с небольшим объемом
буферного раствора (0,2 М Трис-НС1, pH 8,5, 0,1 мМ ЭДТА). Полученную
таким способом пасту равномерно размазывают по мембране датчика и
добавляют глутаровый альдегид, чтобы связать белки. В результате
получается стабильный биокаталитический слой. Градуировочные кривые
обычно получают в буферном растворе, содержащем Трис-HCl и ЭДТА при 25°С.
Биосенсоры хранят в том же растворе при комнатной температуре.
Как видно из табл. 3.7, основные характеристики мочевинного сенсора на
основе бобовой муки лучше, чем у сенсора на основе выделенного фермента.
Более того,
4 1145
Таблица 3.7. Сравнение параметров биосенсоров на основе муки из бобов
