Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
многих конкретных ситуациях методику удалось бы значительно упростить,
если бы зонд можно было поместить непосредственно в раствор пробы. Это
особенно важно, если сенсор предназначен для контроля концентраций in
vivo. В настоящее время в лаборатории Линчепингского университета ведутся
работы по совершенствованию сенсоров со структурой РйМОП с тем, чтобы их
можно было эксплуатировать в растворах электролитов. Предварительные
результаты показывают, что такая цель может быть достигнута, однако пока
еще не исследована возможность сочетания таких сенсоров с ферментами. В
настоящее время основная проблема связана с медленным откликом
438
Глава 27
Таблица 27.3. Рабочие диапазоны при определении свободного NH3 и NH3,
образующегося в некоторых фермент-субстратных системах, с помощью
проточно-инжекционной установки (рис. 27.6). Объем пробы 0,2 мл, скорость
потока 0,4 мл/мин
Субстрат Фермент рнэкет Диапазон линейности, мкМ *
NH3 - 7,7 0,4-50
NH3 - 12,7 <0,2-50
L-Аспарагин Аспарагиназа 8,2 0,2-40
Креатинин Креатининиминогидро- 8,5 0,2-30
лаза
Мочевина Уреаза 8,1 0,2-40
* За нижнюю границу диапазона принят предел обнаружения (при отношении
сигнал/шум, равном 3).
сенсора на изменение концентрации водорода. В частности, оказалось, что
время отклика в растворах электролитов намного больше, чем в газах.
С другой стороны, в описанных в этой главе биосенсорах можно установить
мембрану, на которой осуществляется разделение фаз, очень близко от
сенсорной поверхности. Так, недавно мы изготовили сенсор, имеющий
конструкцию зонда и сравнительно небольшие размеры, причем в случае
необходимости размеры сенсора можно еще уменьшить [7]. На рис. 27.11
представлена принципиальная схема такого сенсора на базе конденсатора со
структурой 1гМОП и уреазы, а также его отклики на мочевину и аммиак.
Сенсор заключен в трубку из полиэфирной смолы так, что с раствором
контактирует только пористая тефлоновая мембрана с площадью поверхности 3
мм2. На мембране иммобилизована уреаза (200 м. ед.), сшитая поперечными
связями глутаровым альдегидом. Этот биозонд отличается довольно вы-
Концентрация, лн/сМ
Рис. 27.11. Отклик уреазного сенсора в установившемся состоянии на
мочевину (1) и NH* (2). На вставке схематично изображено поперечное
сечение сенсора.
Биосенсоры на основе полупроводниковых газовых сенсоров
439
сокой чувствительностью, хотя его отклик медленнее, чем отклик проточных
систем для определения аммиака. Чувствительность зонда по отношению к
мочевине выше, чем по отношению к аммиаку, так как из каждой молекулы
мочевины образуются две молекулы аммиака. Сочетание двух зондов, на одном
из которых иммобилизована активная уреаза, а на другом инактивированный
фермент, позволяет определять концентрацию мочевины в пробах, содержащих
эндогенный аммиак. В дальнейших исследованиях планируется уменьшить
размеры зонда и разработать комбинированные системы с несколькими
сенсорами, имеющие датчик сравнения или позволяющие определять
одновременно несколько соединений.
Шивараман [20] убедительно показал, что сенсоры со структурой PdMOIl
чувствительны и к H2S, причем порядок чувствительности к сероводороду,
аммиаку и водороду примерно одинаков. Пока что не предпринималось попыток
использовать это свойство сенсоров, хотя в принципе вполне возможны
различные биологические применения в сочетании как с чистыми ферментами
для обнаружения сернистых метаболитов, так и с микроорганизмами.
Нет сомнения, что дальнейшее развитие исследований в указанных здесь
направлениях приведет к разработке таких полупроводниковых сенсоров,
которые будут незаменимы при экспериментах и измерениях in vivo, а также
к многокомпонентным сенсорам, "умным сенсорам" и, возможно, также к
микробиозондам.
ЛИТЕРАТУРА
1. Lundstrom I., Shivaraman S., Svensson С. A hydrogen sensitive Pd-gate
MOS-transistor. J. Appl. Phys., 46, 3876-81 (1975).
2. Danielsson B., Lundstrom I., Mosbach K., Stiblert L. On a new enzyme
transducer combination: The enzyme transistor. Anal. Lett., 12, 1189-99
(1979).
3. Danielsson B., Mosbach K., Lundstrom I. Bioanalytical applications of
hydrogen- and ammonia-sensitive palladium gate MOS devices. In Proc. int.
meeting on chemical sensors in Fukuoka, Kodansha, Tokyo, pp. 507-12.
Elsevier, New York, 1983.
4. Winquist F., Armgarth М., Nylander C., Lundstrom I. Modified palladium
metal-oxide-semiconductor structures with increased ammonia gas
sensitivity. Appl. Phys. Lett., 43, 839-41 (1983).
5. Winquist F., Spetz A., Lundstrom I., Danielsson B. Determination of
urea with an ammonia gas-sensitive semiconductor device in combination
with urease. Anal. Chim. Acta, 163, 143-9 (1984).
6. Winquist F. Determination of ammonia in air and aqueous samples with a
gas-sensitive semiconductor capacitor. Anal. Chim. Acta, 164, 127-38
(1984).
7. Winquist F., Lundstrom I., Danielsson B. Biosensors based on ammonia
sensitive metal-oxide-semiconductor structures. Sensors and Actuators, 8,
