Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
(...) [6]. (Приведено с разрешения издательства John Wiley and Sons, Нью-
Йорк, США.)
Теория и практика калориметрических сенсоров
через реактор, гидролизовалась до глюкозы и галактозы; концентрацию
глюкозы в выходящем потоке жидкости измеряли ферментным термистором с
глюкозооксида-за/каталазной системой (рис. 29.5). Поток субстрата через
реактор регулировали тепловым сигналом термистора с помощью
пропорционального интегрального контроллера. Таким образом, содержание
продукта (т. е. глюкозы) в выходящем потоке можно было поддерживать на
постоянном уровне даже при засорении колонки.
Как уже упоминалось, для ряда сахаров разработаны методы непрерывного
определения в потоке. Авторы исследовали несколько вариантов контроля
технологических процессов, в которых участвуют такие сахара [21, 28].
Оказалось, что ферментный термистор работает достаточно стабильно и может
непрерывно использоваться в течение нескольких дней без смены ферментной
колонки или пе-реградуировки. Рекомендуется только один раз в день
проверять базовую линию системы. При наличии аналогового контроллера и
компьютера система довольно быстро (за 1-3 мин) реагирует на внезапные
изменения концентрации сахара. Тот же подход можно в принципе
использовать для контроля глюкозы в крови пациента: при этом доза
инсулина определяется сигналом ферментного термистора, непрерывно
измеряющего уровень глюкозы в крови.
В работе [27] пенициллин, присутствующий в бродильном бульоне, определяли
с помощью системы с иммобилизованной пенициллиназой ((3-лактамазой). При
иммобилизации фермента на пористом стекле диапазон определяемых
концентраций охватывал по меньшей мере от 0,01 до 100 ммоль/л. В качестве
носителя фермента опробовали также найлоновую трубку. На рис. 29.6
результаты определения пенициллина G в пробах бродильного бульона
нанесены на градуировочную кривую для области низких концентраций.
Коэффициент корреляции результатов, полученных калориметрическим и
стандартным методом, составляет 0,997. Определение пенициллина ферментным
термистором в производстве антибиотиков имеет явное преимущество по
сравнению с обычно используемыми методами, такими как высокоэффективная
жидкостная хроматография и фотометрия. Несколько примеров успешного
применения калориметрических методов вместо обычных приведено в работе
[13].
В ферментационных производствах приходится анализировать большей частью
сложные системы, содержащие разного рода частицы вещества. Чтобы избежать
засорения анализатора, рекомендуется предотвращать попадание частиц на
вход анализатора. С этой целью можно использовать диализную мембрану
(например, такую, как в автоанализаторе фирмы Technicon [12]) либо
иммобилизовать ферменты на внутренней поверхности найлоновой трубки
(вместо обычной колонки). В первом
Рис. 29.6. Градуировочная кривая для определения пенициллина G в 0,3 М
буферном растворе фосфата натрия, pH 7,0 (•) и данные для проб,
содержащих известные количества пенициллина в разбавленном в 10 раз
бродильном бульоне (О). Объем пробы 1мл, скорость потока I мл!мин.
Колонка ферментного термистора содержала пенициллиназу, иммобилизованную
на пористом стекле.
1 Z 3 9
Пенициллин в, ммоль /л
470
Глава 29
случае может возникнуть необходимость соблюдения высокой стерильности
процесса ферментации. Во втором-сужается диапазон линейности, так как
ферментная емкость найлоновой трубки меньше, чем у пористого стекла. К
тому же чувствительность системы с пористым стеклом довольно высока, так
что степень разбавления можно увеличить. Это, очевидно, третий способ
решения проблемы засорения. Используя ферментный термистор, можно не
только непрерывно контролировать концентрацию продукта (например,
образование пенициллина в процессе ферментации) и субстрата (например,
потребление глюкозы), но одновременно регистрировать и все изменения
температуры в микробиологическом процессе, получая в итоге термограмму
(кривую зависимости тепловая мощность - время), дающую ценную
дополнительную информацию [7]. В этом случае суспензию микроорганизмов
смешивают с раствором субстрата и измеряют повышение температуры в ходе
реакции. Аналогичный метод используют для калориметрического определения
активности фермента.
29.3.6. Анализ объектов окружающей среды
Термоанализ можно применять также и для эпизодического или непрерывного
наблюдения за окружающей средой [7] как своего рода антитоксический
контроль. При необходимости детектирования определенного токсического
соединения в ферментной колонке термистора можно иммобилизовать
определенное количество фермента, который ингибируется данным
соединением. Тяжелые металлы, например Hg(ll), можно обнаружить уже при
содержании до 0,2-10"7% по их ингибирующему действию на иммобилизованную
уреазу [7]. Концентрацию тяжелых металлов в пробе определяют сравнением
температурного отклика на импульсный ввод субстрата (с избытком мочевины)
до и после введения пробы. Затем специальной промывкой полностью
