Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
кислота/бикарбонат. Диапазон измеряемых парциальных давлений С02 зависит
от концентрации бикарбоната и чувствительности оптического pH-сенсора.
Оптические pH-сенсоры, дающие отклик на физиологические значения pH,
вполне пригодны в качестве внутреннего чувствительного элемента для
сенсоров, чувствительных к парциальным давлениям С02 в диапазоне,
представляющем интерес для физиологии. Действительно, pH-сенсоры, широко
используемые в физиологических исследованиях, применяют также и в
качестве внутреннего чувствительного элемента в сенсорах рС02 [9, 10, 32,
36].
31
484
Глава 30
Сенсоры С02 устроены даже проще, чем pH-сенсоры. Поскольку в сенсорах С02
внутренний раствор отделен от анализируемого раствора гидрофобной
газопроницаемой мембраной, колебания ионной силы анализируемого раствора
не создают проблемы. Кроме того, индикатор можно растворить во внутреннем
растворе вместо иммобилизации на твердой подложке. Основной проблемой при
разработке оптических сенсоров С02 является обеспечение малого времени
отклика, так как к собственному времени отклика pH-сенсора добавляется
время достижения равновесия во внутреннем растворе. Решение этой проблемы
состоит прежде всего в том, чтобы при конструировании сенсора
минимизировать расстояние, на которое должен продиффундировать С02,
прежде чем в приборе будет достигнуто равновесие.
30.5.3. Определение кислорода
Большинство описанных в литературе оптических кислородных сенсоров
основано на тушении флуоресценции. Поскольку измерения проводят в
состоянии равновесия, эти устройства менее чувствительны к колебаниям
температуры и параметрам потока, чем широко применяемый полярографический
кислородный электрод. Флуоресцирующий реагент может находиться в
растворе, отделенном от анализируемого раствора гидрофобной проницаемой
для кислорода мембраной, либо внедряться в твердую фазу или на ее
поверхность. В общем случае восприимчивость реагента к тушению его
флуоресценции кислородом зависит как от самого флуорофора, так и от
среды. Графики зависимостей 1{0/1{ от парциального давления кислорода
(где If0 и 1( - интенсивности флуоресценции в отсутствие и в присутствии
кислорода соответственно) имеют вид прямых, пересекающихся с осью ординат
в точке 1,00 (согласно уравнению (30.6), интенсивность флуоресценции
пропорциональна количеству реагента, флуоресценция которого не тушится).
Поскольку эти графики линейны, градуировку можно проводить по одной
точке.
В оптических кислородных сенсорах используют множество реагентов.
Например, пиренмасляную кислоту применяют как в растворе [9, 10], так и
иммобилизованную на твердой подложке [34]. Время флуоресценции
пиренбутирата довольно велико, поэтому он достаточно долго может
взаимодействовать с кислородом и, следовательно, более восприимчив к
тушению, чем большинство других флуорофоров. Однако для возбуждения
пиренмасляной кислоты требуется ультрафиолетовое излучение (342 нм). В
работе [18] был проведен скрининг 70 красителей, в результате чего в
качестве реагента для оптического кислородного сенсора был выбран
периленди-бутират, адсорбированный на гидрофобном носителе. Этот
краситель возбуждается при 468 нм и излучает при 514 нм, так что его
можно использовать с пластиковым оптическим волокном. Описан [8]
стерилизуемый кислородный сенсор, в котором флуорофор помещен
непосредственно в силиконовую мембрану. Время отклика оптического
кислородного сенсора может быть меньше 1 с.
Поскольку используемые в оптических кислородных сенсорах фазы реагента
отделяются гидрофобной мембраной, они подвержены влиянию только летучих
компонентов анализируемого раствора. В частности, некоторые анестетики,
например галогенированные углеводороды [18], могут тушить флуоресценцию.
При иммобилизации флуорофора на гидрофильном субстрате адсорбированная
вода, как оказалось [18], может понижать восприимчивость флуорофора к
тушению.
В качестве сигнала сравнения в кислородном сенсоре можно использовать
само возбуждающее излучение, измеряемое либо непосредственно, либо в виде
света, отраженного (или рассеянного в обратном направлении) от фазы
реагента. Альтернативный подход заключается в добавлении стандартного
флуорофора, который не восприимчив к тушению кислородом и излучает при
другой длине волны.
Оптические сенсоры на основе иммобилизованных реагентов
485
При определении кислорода по изменению интенсивности, а не по сдвигу в
спектре, любое изменение отклика сенсора, связанное с разложением
реагента или изменением его восприимчивости, можно выявить только с
помощью переградуировки сенсора (этим рассматриваемые кислородные сенсоры
отличаются от оптических рН-сенсоров, у которых регистрируется
соотношение кислой и основной форм индикатора). Проблему разложения
реагента можно решить, измеряя не интенсивность, а время флуоресценции.
Отношение времен флуоресценции в отсутствие и в присутствии тушителя
эквивалентно If0/If. Такой подход к определению кислорода легче
