Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
полярографии повысил чувствительность и точность этого метода. Важно
помнить, что в различных схемах приложений к электроду потенциал влияет
не только на протекающие на его поверхности электрохимические процессы,
но и на состояние и активность используемого фермента. Новые пути к
повышению чувствительности ферментных сенсоров открывает способ усиления
сигнала путем циклического использования фермента [22].
Из множества субстратов, определяемых с помощью кислородных
оксидоредуктаз, отметим глюкозу, лактат, пируват, галактозу, спирт,
холестерин, глицерин, гипоксантин, ксантин, оксалат и фруктозу. Следует
упомянуть остроумное использование ферроцена в качестве медиатора
переноса электрона в сенсоре на основе оксидазы при определении глюкозы
[2] (см. также гл. 15 и 16).
Ежегодно в примитивных формах жизни, например грибах, находят все новые
кислородные оксидоредуктазы, но еще больше обнаруживается дегидрогеназ,
обычно у высших растений и животных. В работе [21] предложен сенсор для
определения лактата, в котором пара ферроцианид/феррицианид сопрягается с
лактатдегидро-геназой.
С помощью биосенсоров можно также измерять активность большого числа
ферментов в крови. Измерение активности ферментов, связанных с сердечной
деятельностью (таких, как аспартатаминотрансфераза, креатинкиназа,
креатинкиназа MB), позволяет оценить глубину инфаркта в клинических
условиях. Наряду с определением концентрации лактата и глюкозы измерения
активности этих ферментов в стационаре представляют определенную ценность
при назначении терапевтического лечения больных с потенциально летальной
аритмией в предгоспитальной фазе острого инфаркта миокарда. Стационарные
измерения активности амилазы могут быть ценны в педиатрии.
Служба, обеспечивающая быстрое определение глюкозы, должна стать частью
любого педиатрического учреждения. Проводимое круглосуточное определение
глюкозы наряду с другими мерами может защитить детей от опасной
гипогликемии перед хирургической операцией. Необходимо также обеспечить
определение лактата и, возможно, пирувата. Врачи и младший медицинский
персонал педиатрических учреждений должны быть обучены градуировке
биосенсорной аппаратуры, с тем чтобы определять глюкозу и лактат в одно и
то же время или в тех же образцах крови, что и газовый состав и pH.
Фэтт впервые измерил парциальное давление кислорода в слизистой оболочке
Ферментный j. юктрод
17
глаза. Уникальный характер циркуляции жидкости в области века,
позволяющий проводить непрерывный мониторинг рОг (а также р С02 и,
возможно, pH), оказался ценным и для мониторинга глюкозы. Биосенсор,
помещенный под веко, можно рассматривать как промежуточный между
"вживляемым" и "невживляемым". Возможно, удастся непрерывно
регистрировать содержание лактата в слизистой оболочке. Непрерывный
контроль за содержанием глюкозы в крови может быть полезен для наблюдения
за состоянием беременных женщин, больных диабетом, в процессе их трудовой
деятельности и при родах.
Многообещающее будущее имеют ферментные микроэлектроды. Трудно
представить себе более надежный и изящный метод определения клеточных
метаболитов. Первым, кто таким способом определил содержание глюкозы
внутри клетки, был Сильвер [23]. В 1984 г. австрийские исследователи [15]
измерили объемные потоки и концентрацию глюкозы в изолированных
перфузированных сегментах канальцев при помощи платинового электрода на
основе галактозооксидазы с диаметром кончика 15-30 мкм. Электрод на
основе галактозооксидазы чувствителен к раффинозе, используемой в этих
исследованиях, а также галактозе, глицерину, фруктозе и дигидрокси-
ацетону. Природа этого ферментного электрода необычным образом связана с
потенциалом внутреннего раствора [19]. Существует несколько
представляющих интерес способов сопряжения оксидазной активности с
другими субстратами [18].
При использовании ферментных электродов в неразбавленной крови и при
имплантации следует помнить, что кислородные оксидоредуктазы (оксидазы)
требуют присутствия кислорода и часто скорость окисления их субстрата
зависит от р02¦ Без кислорода они не могут нормально функционировать. В
работах [12, 14] электрод обеспечивался кислородом за счет генерации
последнего на аноде в ферментном слое; при этом содержание определяемого
вещества определяли по величине тока кислорода, необходимого для
поддержания стационарного давления 02 (рис. 1.5). Помимо биосенсоров для
измерения in situ необходимы электроды для хирургической имплантации.
Авторы [7] использовали сходный принцип оксистата, т. е. поддержания
кислорода на постоянном уровне, но кислород они добавляли из насыщенного
раствора с помощью сервосистемы. Недавно было показано [11], что
необходимое количество кислорода можно подавать из имплантируемого
силастикового мешка, что позволяет получить
9 ю П
Рис. 1.5. Электрод на основе оксидазы, снабжаемый электролитическим
кислородом [ 14]. 1 -кислородный электрод; 2-корпус электрода; 3 - крышка
