Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
диаметром 4 мм, диаметр пор 5 мкм) равна 0,4 мл/мин; мембрана отстоит от
сенсора на 0,2 мм. Для повышения давления над мембраной к выходу
проточной ячейки подсоединяют трубку длиной 0,5 м и внутренними диаметром
0,2 мм. Пробы вводят через инжекционный клапан с петлей объемом 0,2 мл.
При необходимости нетрудно повысить pH элюата ферментной колонки или
раствора, содержащего ионы NH4, путем смешивания с щелочным раствором,
повышающим долю свободного NH3. Впрочем, сенсор обеспечивает поразительно
высокую чувствительность даже при довольно низком pH. На рис. 27.7
представлены отклики сенсора на растворы NH3 при pH 7,7 и 12,7. Следует
отметить, что продуцирующие аммиак ферментные системы обычно проявляют
максимальную эффективность при довольно высоком pH (pH > 8).
Винквист и сотрудники разработали другой ферментный сенсор, напоминающий
электрод [5]. В этом сенсоре слой фермента нанесен непосредственно на
газопроницаемую мембрану, которая в свою очередь расположена вблизи
конденсатора со структурой 1гМОП (см. ниже).
Компания Sensistor АВ (Линчепинг, Швеция) выпускает сенсоры типа Pd МОП
ПТ и соответствующее оборудование для определения водорода; планируется
вскоре начать выпуск 1гМОППТ для определения NH3 с помощью того же
оборудования. Описанные здесь эксперименты по разработке чувствительных к
NH3 сенсоров проводились с фарадметром и регулятором температуры,
изготовленными в лаборатории прикладной физики Линчепингского
университета.
Бусрерный_
раствор
Газопроницаемая мембрана.
Гг МОП-конденс а тор
Бусрерньш
раствор
СГ-метр
Рис. 27.6. Экспериментальная установка для проточно-инжекционного
определения аммиака, включающая ПМОП-кондепсатор.
Биосенсоры на основе полупроводниковых газовых сенсоров
431
Рис. 27.7. Градуировочные кривые для определения аммиака, полученные
путем введения аликвот стандартного раствора аммиака (0,2 мл) в установку
для проточно-инжекционного анализа при pH 7,7 и 12,7 соответственно.
70 20
кднцентрация аммиака, мкМ
27.3.1. Получение иммобилизованной гидрогеназы
Гидрогеназа (ЕС 1.12.1.2) является основным ферментом, применяемым в
сенсорах типа PdMOnilT, чувствительных по отношению к водороду. Причину
такой популярности гидрогеназы легко понять, если учесть, -что она
катализирует реакцию
NAD(P)+ + Н: (tm)poreHa3iNADrP)H + Н+ (27.4)
Мы применяли гидрогеназу, выделенную из Alcaligenes eutrophus Н16 и
иммобилизованную на пористом стекле с регулируемым размером пор по
методике, описанной Винквистом и другими [10].
27.4. Результаты
27.4.1. Определение газообразного водорода
Выпускаемый компанией Sensistor Со. водородный газовый сенсор
предназначался в первую очередь для обнаружения утечек водорода. Имея
такой сенсор, можно с помощью недорогого и неядовитого водорода,
например, обнаруживать повреждения в подземных электрических кабелях или
линиях электросвязи. Для этой цели водород вводят в один конец кабеля и
затем локализуют утечку, поскольку водород легко просачивается через
почву.
Водород образуется или расходуется во многих важных процессах, а в
анаэробных условиях продуцируется многими микроорганизмами. Кроме того,
различные гидро-геназные системы привлекают большое внимание и как
потенциально очень ценные источники энергии, поскольку эти системы
участвуют в микробиологическом или фотосинтетическом образовании
водорода. Мы показали, что схематично изображенное на рис. 27.5
устройство на основе РёМОППТ можно применять для контроля
микробиологических процессов, в которых образуется водород [11]. В ходе
этих работ мы изучали в первую очередь микроорганизмы Clostridium
acetobutylicum, иммобилизованные в альгинатных гранулах, а образующиеся
газы после разбавления анализировали с помощью изображенного на рис. 27.5
устройства.
432
Глава 27
Клиленд и другие [12] применили сенсор со структурой Рс1МОП для изучения
выделения водорода в культуре Е. coli. В ходе этих работ было, в
частности, показано, что водород продуцируется только в анаэробных
условиях. Действительно, его концентрация резко возрастала при снижении
концентрации кислорода до нуля и быстро падала при введении кислорода,
поскольку последний ингибирует гидро-геназную систему. Предлагалось
применять сенсор со структурой РйМОП для обнаружения недостаточно
эффективного перемешивания (застойных зон), например, при
экспериментальном масштабировании биореакторов, так как любые локальные
анаэробные зоны будут продуцировать водород, который легко обнаружить
высокочувствительным водородным детектором.
Хернстен и другие [13] с помощью чувствительного к водороду РсЗМОППТ
изучали влияние ампициллина на энтеробактерии. Для этого большое число
проб энтеробактерий, взятых у пациентов с заболеваниями мочевых путей,
культивировали в запаянных ампулах; количество образовавшегося водорода
определяли, вводя 2 мл изучаемого газа в ячейку сенсора типа РёМОППТ.
Молекулярный водород является конечным продуктом смешанного кислотного
