Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
требуется поддерживать подачу анализируемого вещества к поверхности на
стационарном уровне, им присуща меньшая чувствительность к флуктуациям
температуры и скорости потока по сравнению с амперометрическими
электрохимическими сенсорами.
6) Оптические сенсоры могут иметь очень стабильные градуировочные
графики, особенно если измеряют отношение интенсивностей при двух
различных длинах волн. Например, можно получить стабильно работающий pH-
сенсор, измеряя оптически количества кислой и основной форм индикатора и
устанавливая связь pH с отношением этих двух величин.
7) Используя несколько иммобилизованных реагентов с различными
оптическими характеристиками, можно создать оптические сенсоры для
одновременного определения нескольких веществ. Например, в работе [14]
описан сенсор, одновременно дающий отклик на 02 и С02.
8) Проводя измерения при нескольких длинах волн, можно выявить любое
изменение оптических свойств фазы иммобилизованного реагента. Это
изменение может быть связано с разложением реагента или каким-либо другим
процессом, влияющим на способность фазы иммобилизованного реагента
адекватно реагировать на состав анализируемого раствора. Эта информация
может быть полезна для принятия решения о замене фазы реагента.
Последние три пункта отражают тот факт, что оптические сенсоры
потенциально более информативны, чем электрохимические, поскольку они
могут давать целый спектр данных. Кроме того, в случае люминесцентных
сенсоров дополнительную
Оптические сенсоры на основе иммобилизованных реагентов
475
информацию можно получить, измеряя время жизни люминесценции. Это ставит
перед химиками проблему разработки фаз иммобилизованных реагентов,
позволяющих использовать потенциальные преимущества оптических сенсоров.
Если не удастся разработать соответствующие фазы реагента, то
преимущества оптических сенсоров не будут реализованы не практике.
Недостатки оптических сенсоров по сравнению с электрохимическими можно
сформулировать следующим образом:
1) На показания оптического сенсора может влиять окружающий свет. Этот
эффект можно устранить, предотвратив попадание внешнего света в прибор
и/или используя модуляционные методы.
2) Оптические сенсоры часто имеют более узкий динамический диапазон по
сравнению с электрохимическими. Например, динамический диапазон рН-
электрода больше 1012, тогда как у оптического pH-сенсора он составляет
всего 102.
3) Оптические сенсоры являются "экстенсивными" устройствами, сигнал
которых зависит от количества реагента. Таким образом, миниатюризация
сенсора приводит к уменьшению интенсивности измеряемого сигнала, что в
свою очередь осложняет технику измерений.
4) По-видимому, проблемой может быть долговременная устойчивость
иммобилизованных веществ, подвергаемых действию падающего света.
Устойчивость конкретного реагента зависит от нескольких факторов, в числе
которых как реакционная способность самого реагента, гак и рабочие
характеристики сенсора, в частности температура, интенсивность и
длительность освещения. Хотя можно ожидать, что будут разработаны
реагентные фазы, устойчивые в течение нескольких дней и недель, вряд ли
удастся найти такие фазы, которые будут надежно работать дольше.
5) Время отклика некоторых оптических сенсоров может быть велико из-за
необходимости массопереноса определяемого вещества в фазу
иммобилизованного реагента или из нее, пока не будет достигнут постоянный
уровень сигнала. Время отклика можно сократить, уменьшив фазу реагента,
однако это приведет к уменьшению количества оптически активного реагента
и, соответственно, интенсивности сигнала.
30.3. Технические вопросы
Оборудование, необходимое для оптических сенсоров, зависит от их
назначения. К счастью, биомедицинские приложения в большинстве своем не
требуют, чтобы сигнал передавался через оптическое волокно на большое
расстояние. Это означает, что степень ослабления сигнала в волокне будет
относительно невелика и что в сенсорах можно успешно использовать обычные
монохроматические источники света, а не обязательно лазеры,
обеспечивающие при необходимости весьма высокую интенсивность света. Это
не только снижает стоимость оборудования, но и расширяет возможности
выбора фаз иммобилизованных реагентов, поскольку накладывает меньше
ограничений на используемые длины волн. В большинстве описанных в
литературе оптических сенсоров для биомедицинских приложений, как и в
первой серийно выпускаемой химической сенсорной системе на основе
волоконной оптики (фирма Cardiovascular Devices Inc.), используют лампы
накаливания в качестве источника света и интерференционные фильтры. Для
измерения при нескольких длинах волн последовательно вводят в оптический
путь различные фильтры либо расщепляют луч света после его возвращения из
фазы иммобилизованного реагента.
Иногда в оптических сенсорах в качестве источника света используют
аргоновый лазер [13, 23]. Высокая интенсивность света делает возможной
