Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
сравнения удобно использовать две различные длины волны.
Помимо глюкозного сенсора [23], конкурентное связывание в принципе можно
применять и в случае многих других реакций. Помимо возможности определять
вещества, прямое детектирование которых затруднено, этот подход
привлекателен тем, что позволяет до некоторой степени контролировать
диапазон определяемых концентраций, варьируя концентрацию лиганда.
Основное ограничение метода конкурентного связывания, видимо, заключается
в низкой скорости отклика. Прочное связывание лиганда и определяемого
вещества с реагентом приводит к тому, что скорость диссоциации мала.
Поскольку отклик сенсора определяется диссоциацией комплекса лиганда или
определяемого вещества с реагентом, то, очевидно, время отклика должно
быть велико.
Практическое применение конкурентного связывания в сенсорных устройствах
более детально описано в гл. 32.
30.4.3. Катализатор
Иммобилизованный реагент может катализировать превращение определяемого
вещества в продукт с иными оптическими свойствами. Так, описан сенсор на
основе иммобилизованной щелочной фосфатазы, катализирующей гидролиз и-
нитрофенил-
Оптические сенсоры на основе иммобилизованных реагентов
48!
фосфата в и-нитрофеноксид [1]. Измеряемый сигнал представляет собой
поглощение продукта в стационарном состоянии в условиях, когда скорость
образования продукта уравновешивается скоростью его диффузии от сенсора.
Этот прием в принципе применим и к другим ферментам, что фактически ведет
к созданию целого класса новых устройств.
Каталитические сенсоры требуют тщательного контроля условий реакции.
Факторы, влияющие как на скорость катализируемой реакции, так и на
эффективность массопереноса к поверхности сенсора и от нее, влияют и на
величину сигнала в стационарном состоянии. Хотя сам этот подход вполне
заслуживает дальнейшего изучения, необходимо еще доказать применимость
основанных на нем сенсоров на практике.
30.4.4. Хемилюминесценция
В принципе невозможно разработать сенсорное устройство непрерывного
действия, используя фазу реагента, необратимо взаимодействующего с
определяемым веществом (если только не позаботиться об удалении продукта
реакции и обновлении реагента). Зато такие приборы могли бы действовать
как интегрирующие сенсоры, поскольку количество образующегося продукта
пропорционально количеству определяемого вещества, с которым сенсор
контактировал с момента начала работы. В некоторых случаях продукт можно
удалять, помещая фазу иммобилизованного реагента в другую среду [27, 28].
При этом сенсор "перезаряжается" и как интегрирующий прибор может
использоваться многократно.
Исключением из рассмотренной выше группы приборов являются сенсоры на
основе хемилюминесценции и биолюминесценции. Причина этого состоит в том,
что хеми- и биолюминесценция пропорциональны скорости генерации продукта,
а не его концентрации. Здесь измеряемым параметром является стационарное
излучение света по мере диффузии и взаимодействия определяемого вещества
в фазе реагента. Образовавшийся продукт в дальнейшем не вносит вклада в
наблюдаемый сигнал. По мере расхода реагента реакция, ответственная за
люминесцентное излучение, будет замедляться. Это затруднение, однако,
можно свести к минимуму, если общее количество реагента велико по
сравнению с расходуемым. В работах автора [3, 12] описан чувствительный
кислородный сенсор на основе хемилюминесценции тетра-
кис(алкиламиноэтилена).
Привлекательной особенностью сенсоров на основе хеми- и биолюминесценции
является то, что они не требуют источника возбуждения, поскольку свет
генерируется в ходе аналитической реакции. Однако, поскольку сигнал
измеряют в стационарном состоянии, ему свойственна чувствительность к
параметрам, влияющим либо на подачу определяемого вещества к поверхности
сенсора, либо на скорость процесса, в котором генерируется свет. Более
детально возможности таких сенсоров обсуждаются в гл. 31.
30.4.5. Адсорбент
Фаза реагента может представлять собой своего рода адсорбент, который
эффективно концентрирует детектируемое оптически вещество в "поле зрения"
оптического волокна. Фактически в таком устройстве объединяется
разделение с прямым спектроскопическим детектированием. Основанный на
этом принципе сенсор, чувствительный к полиароматическим углеводородам,
описан в работе [5]. Тем не менее, хотя прямые определения in vivo
оптически детектируемых веществ вызывали интерес [26], до сих пор
отсутствуют примеры биологических приложений этого подхода.
31 1145
482
Глава 30
30.5. Применение оптических сенсоров на практике
30.5.1. Определение pH
Градуировочные кривые для оптических сенсоров в принципе более стабильны,
чем для электродов. Поэтому прилагаются значительные усилия по разработке
оптического pH-сенсора, пригодного для непрерывных измерений in vivo. С
этой целью использовали различные индикаторы, каждый из которых имеет
свои преимущества и недостатки. Поглощение фенолового красного меняется в
