Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
миниатюризацию сенсора при сохранении достаточной интенсивности сигнала.
Это особенно удобно
476
Глава 30
в случае иммобилизованных реагентов-производных флуоресцеина, так как
излучение аргонового лазера при 488 нм эффективно возбуждает
флуоресценцию флуоресцеина.
Хотя, в отличие от электродов, оптические сенсоры не требуют отдельного
сенсора сравнения, их эксплуатационные характеристики все же существенно
улучшаются, если аналитический сигнал сравнивать с некоторым опорным
сигналом. Для этого существует несколько способов. Самый простой из них
заключается в прямом измерении интенсивности источника на аналитической
длине волны, чтобы компенсировать флуктуации его собственной
интенсивности. Более привлекательный подход состоит в использовании
сигнала сравнения - интенсивности света, проходящего через
иммобилизованный реагент. Это позволяет компенсировать любые изменения в
оптических свойствах фазы реагента (например, изменения в рассеянии света
в фазе реагента из-за изменения показателя преломления исследуемого
образца во времени). В флуоресцентном кислородном сенсоре сигналом
сравнения может служить обратное рассеяние возбуждающего света [18].
Другой способ получения сигнала сравнения-это введение в фазу реагента
какого-либо флуоресцирующего агента, нечувствительного к определяемому
веществу. Там, где это возможно, наилучшим подходом является получение
сигнала сравнения от самого иммобилизованного реагента. Например, в pH-
сенсоре на основе индикатора, кислая и основная формы которого
флуоресцируют при разных длинах волн, можно измерять отношение
интенсивности флуоресценции этих двух форм [35]. Такой сигнал сравнения
компенсирует не только приборные флуктуации и колебания оптических
свойств реагентной фазы, но и изменения количества иммобилизованного
индикатора вследствие медленного разложения или некоторых других
процессов.
Стоимость и рабочие характеристики оптических сенсоров зависят от типа
используемого оптического волокна. Пластиковые волокна наиболее дешевы и
безопасны, но они пригодны лишь при длинах волн выше ~450 нм. Стеклянные
волокна несколько дороже, но зато пригодны для измерений при длинах волн
~ 380 нм. Для работы при длинах волн ниже 380 нм требуются дуговые лампы
как источники света и существенно более дорогие волокна из плавленого
кварца. Поэтому для снижения стоимости оптических сенсоров желательно
использовать фазы иммобилизованных реагентов, оптические характеристики
которых лежат в видимой области. Диаметры волокон обычно составляют от 50
до 200 мкм.
Оптические сенсоры могут иметь несколько различных конфигураций,
схематически изображенных на рис. 30.1. На рис. 30.1,а показан прибор с
разветвлением, в котором для пропускания света в фазу иммобилизованного
реагента и из нее используются отдельные волокна. Реагент иммобилизуют на
поверхностях твердых частиц, показанных на рисунке в виде шариков.
Трубчатая мембрана, надетая на оба волокна, служит для удержания реагента
на месте. Чтобы взаимодействовать с реагентом, определяемое вещество
должно продиффундировать через мембрану. Крышечка на конце трубчатой
мембраны предотвращает прямое взаимодействие падающего света с
исследуемым образцом, устраняя таким образом возможный источник помехи.
Твердые частицы носителя служат не только субстратом для иммобилизации,
но и рассеивают падающий свет, так что часть его направляется во второе
волокно, ведущее к системе детектирования. Конструкцию, приведенную на
рис. 30.1,а, успешно применяют в сенсорах для биохимического определения
pH и кислорода [18, 19]. В сенсорах этого типа фаза реагента обычно имеет
несколько миллиметров в длину.
Конфигурация, показанная на рис. 30.16, отличается от рассмотренной выше
только тем, что для пропускания света как в фазу реагента, так и из нее
используется одно и то же волокно. Эта конфигурация подходит для
флуоресцентных сенсоров, поскольку представляющее интерес флуоресцентное
излучение легко отличить по длине волны от рассеянного возбуждающего
света.
Оптические сенсоры па основе иммобилизованных реагентов
477
R
L
в
Рис. 30.1. Конфигурации оптических сенсоров; М- мембрана, проницаемая для
анализируемого вещества; R-фаза иммобилизованного реагента; стрелки
показывают направление прохождения света, а: сенсор с разветвлением, в
котором свет проходит к иммобилизованному реагенту и от него по отдельным
волокнам; б: сенсор, в котором свет проходит к реагенту и от него по
одному и тому же волокну (или волокнам), а для направления выходящего
света к детектору используется расщепитель пучка; в: сенсор с нанесенной
на внешнюю поверхность волокна фазой реагента.
На рис. 30.1, в с части оптического волокна удалено отражающее покрытие и
заменено фазой реагента. Преимуществом этой конфигурации является то, что
проходящий через оптическое волокно свет проникает в покрытие на'
небольшое расстояние. Изменения в показателе преломления и поглощающих
