Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
иммобилизовать смесь антител с различными константами равновесия.
Аналогичные уравнения можно вывести и для сенсора, в котором на границе
раздела иммобилизованы антигены. Такой сенсор будет определять
концентрацию специфических антител.
Обратимость реакции связывания между антигеном и антителом определяет и
обратимость сенсора. Если связывание необратимо, то при каждом
последующем определении сенсор будет способен измерить лишь более высокие
концентрации, чем в предыдущем. Очевидно, этот фактор будет ограничивать
применение сенсоров во многих ситуациях, например при контроле
концентраций иммунореагентов in vivo в
Химически чувствительные полевые транзисторы
415
реальном масштабе времени. Впрочем, в экспериментах in vitro иммунные
комплексы можно разрушить химической обработкой (например, промыв
раствором с высокой ионной силой) и таким образом обеспечить многократное
использование сенсоров.
Пока что принималось, что граница раздела раствор - мембрана идеальна,
т.е. она представляет собой идеальный конденсатор с нулевым током утечки.
Однако в реальных ситуациях идеальных границ раздела не существует,
поэтому моделью границы раздела должно быть сочетание конденсатора Cdl с
параллельно включенным резистором с сопротивлением переносу заряда Rcl.
Указанное отклонение от идеального поведения означает, что в ИМПТ любое
обусловленное адсорбцией заряженных частиц изменение заряда границы
раздела не останется распределенным между модельными конденсаторами (как
это принималось выше); напротив, разделенные заряды будут утекать через
границу раздела раствор-мембрана и экспоненциально затухать с постоянной
времени, равной RctCi\. Чтобы при типичной границе раздела с Cdl = 10
мкФ/см2 постоянная времени была равна 100 с, Rct должно быть не менее 107
Ом см2. На практике такое сопротивление заряду встречается крайне редко,
если только не приняты особые меры для предотвращения любого переноса
заряда через границу раздела. Следовательно, теорию ИМПТ удастся
проверить экспериментально только в том случае, если будет найден
материал для мембраны с сопротивлением переносу заряда не менее 107 Ом
см2.
В этом случае удастся создать ИМП'Г с идеально поляризованной границей
раздела, способный определять концентрации иммунореагентов в растворах и
имеющий очень низкий предел обнаружения и широкий диапазон отклика.
Специфичность ИМПТ тогда будет определяться специфичностью применяемых
иммунореагентов, которую пока что превзойти не удалось.
26.7.2. Практические попытки разработки ИМПТ
При изучении поляризованных ХЧПТ применяли три типа мембран [6, 33]: 1)
тонкие мембраны из электропроводных металлов, например золота или
платины; 2) толстые мембраны из электропроводных гидрофобных полимеров,
например поливинилхлорида (ПВХ) или полистирола; 3) тонкие мембраны из
диэлектрика, например пленки стеарата кадмия Лэнгмюра-Блоджетта. Ниже
обсуждаются результаты изучения мембран этих трех типов.
В электрохимических экспериментах, в которых необходима поляризованная
граница раздела, часто используют некоторые металлы, в частности золото,
платину и ртуть. В большинстве электрохимических методов анализа,
например в циклической вольтамперометрии или полярографии, электрод
считается поляризованным, если фоновый ток в отсутствие электроактивных
веществ мал по сравнению с током в присутствии изучаемых электроактивных
веществ. Это требование гораздо менее строго, чем требование,
предъявляемое к поляризованному ХЧПТ. Поскольку металлы обладают
электронной электропроводностью, то даже небольшая концентрация любых
электроактивных молекул в растворе может способствовать пересечению
электронами границы раздела. Для достижения сопротивления переносу
заряда, обеспечивающего возможность определять изменения заряда на
границе раздела с помощью ХЧПТ, все электроактивные частицы должны быть
полностью удалены из раствора. Показано, например, что иодид-ионы легко
адсорбируются на ХЧПТ с затвором из металлического золота [36]. Растворы
иммунореагентов или белков всегда содержат то или иное количество
электроактивных примесей, и их сопротивление переносу заряда слишком
мало, чтобы можно было измерить степень адсорбции заряженных молекул [6].
Поскольку такие примеси всегда присутствуют в растворе любого
иммунореагенга и поскольку они снижают сопротивление переносу
416
Глава 26
заряда любого металлического электрода, можно сделать обоснованный вывод,
что металлические пленки не пригодны для изготовления мембран ИМПТ.
Опубликовано несколько сообщений об иммунохимических электродах с
толстыми полимерными мембранами. Так. Аизава и другие [37] описали
иммуноэлектрод, чувствительный к антителам против возбудителей сифилиса;
мембрана этого электрода состояла из ПВХ, холестерина, кардиолипина и
фосфатидилхолина. Можно было предполагать, что не содержащая ионофоров и
поэтому неспособная индуцировать ионный поток через границу раздела
полимерная мембрана обеспечит идеальную поляризацию границы раздела, в то
