Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
ферментами, катализирующими реакции с образованием продуктов,
детектируемых выбранным электродом. Для обеспечения надежности требуется
также: 1) высокая специфичность биологического компонента; 2)
устойчивость системы к колебаниям температуры, ионной силы, pH,
окислительно-восстановительного потенциала и химического состава
окружающей среды; 3) встроенное приспособление^), ограничивающее
загрязнение или биологическую деградацию биокомпонента или способа его
присоединениями должна быть исключена возможность инфицирования пациента
(часто это достигается при помощи сенсоров со сменными компонентами).
Под адаптируемостью методов иммобилизации понимают применимость их к
ферментам, полифункциональным ферментам и кофакторам, микроорганизмам,
лек-тинам и другим компонентам иммунореакций, а также органеллам,
тканевым слоям и липосомам. Метод иммобилизации можно считать пригодным,
если после присоединения к носителю биологические компоненты сохраняют
активность и стабильность,}
Нередко требуется, чтобы электроны переносились от биологического
компонента (основной частью которого является фермент) к усилителю или
микропроцессору. Первый, но отнюдь не единственно возможный, способ
решения этой проблемы предоставляет ферроцен (см. гл. 15). В естественном
состоянии клетки обеспечивают такой перенос самыми разнообразными
способами. Например, в цитохромах (гемовые белки, основной функцией
которых является перенос электрона и/или водорода) это достигается
изменением валентного состояния гемового железа. Ключевым моментом в
создании сенсора фирмы Yellow Springs Instrument [15] (см. гл. 1) была
разработка устройства, защищенного от воздействия других электроактивных
веществ крови. Рабочую часть этого сенсора покрывали ацетилцеллюлозной
мембраной, образующей вместе с поликарбонатной мембраной Nucleopore
своего рода сандвич с ферментной "начинкой". Для такой слоистой мембраны,
содержащей только бычий сывороточный альбумин и не содержащей фермента,
было зарегистрировано практически полное отсутствие тока в свежей цельной
крови, плазме или сыворотке. Прибор также нечувствителен к мочевой
кислоте, аскорбиновой кислоте, билирубину, молекулярному кислороду и
многим лекарственным средствам.
Иммобилизация биологических компонентов в биосспсорах
79
6.2. Введение
При иммобилизации биологического компонента биосенсора мы особенно
заинтересованы в таких методах, которые применимы к разнообразным
поверхностям. Это расширяет возможности выбора подложки и гарантирует,
что не потребуется ее модифицировать, [Многие поверхности, на которых
проводится иммобилизация, имеют гидроксильные группы, присоединенные к
ним непосредственно либо через атомы углерода, кремния и других
элементов. Этим и объясняется широкая применимость метода иммобилизации,
включающего обработку поверхности тетрахлоридом титана, промывание водой
и приведение в контакт с биокомпонентом. В результате между подложкой и
биологическим компонентом получается титановый хелат типа сандвича. Такой
хелат не подвержен биологическому распаду и устойчив в широком диапазоне
pH, в котором проявляется активность биокомпонентов. Кроме того, подложки
с -NH2- и другими группами могут вести себя по отношению к атомам титана
как лиганды. Начальная обработка поверхности тетрахлоридом титана служит
для активации, и если необходимо, на этой стадии активированную
поверхность можно высушить. После того, как активированную поверхность
промыли водой и молекулы воды заместили хлоридные лиганды, поверхность
уже нельзя сушить, а необходимо сразу привести в контакт с
биокомпонентом'[3]. Из всех соображений ? наиболее важным, по-видимому,
является требование, чтобы в иммобилизованном состоянии биологический
компонент проявлял максимальную активность, сравнимую с активностью в
растворе. Первые методы иммобилизации в большинстве своем сильно снижали
активность (до 1-2%), тогда как при помощи тетрахлорида титана для многих
ферментов достигается активность выше 50%.')
При определенных обстоятельствах может потребоваться заново покрыть
поверхность биокомпонентом. Титановый метод всегда позволяет это делать.
Часто стремятся также, чтобы биологически активный компонент а) мог
работать в более широком или даже в ином диапазоне pH, чем в растворе; б)
становился при иммобилизации более устойчивым; в) мог обходиться без
кофермента или г) мог соиммобилизоваться с другими биологически активными
компонентами. Ни один из методов иммобилизации не удовлетворяет всем этим
требованиям, однако в случае титанового метода условия а), б) и г), как
правило, выполняются для многих ферментов. Если при функционировании
сенсора требуется менять pH, то следует иметь в виду, что микроокружение,
образующееся после иммобилизации на поверхности сенсора, может
действовать как нерастворимый "буферный агент". Так, свободные амино- и
карбоксильные группы позволяют расширить рабочий диапазон фермента
соответственно в область более низких и более высоких pH, но не более чем
