Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
ферментера; 4- Pt сетка с иммобилизованным ферментом; 5 -Pt спираль
(катод); 6- полупроницаемая мембрана; 7 -источник напряжения,
прилагаемого к электродам; 8-источник задаваемого напряжения; 9 -
дифференциальный усилитель; 10-контроллер; 11 - регулятор тока
электролиза
(I).
18
Глава I
единое устройство-сенсор, чувствительный к глюкозе, но по существу
независимый от р02 ¦ Способы снабжения глюкозных сенсоров кислородом
описаны в работе [16].
Различные комбинации мембран на основе антител и ферментных электродов
могут привести к созданию новых автоматизированных сенсоров,
чувствительных к антигенам. Такие биосенсоры, возможно сопряженные с
сенсорами ферментов печени, позволяют обеспечить быстрое и надежное
наблюдение за кровеснабжением. На рис. 1.6 показан иммуносенсор на основе
измерения потребления кислорода в присутствии глюкозооксидазы и глюкозы.
Таким образом определяют содержание антител поверхностного антигена
вируса гепатита В. Описаны и другие электроферментные методы для
иммунологических исследований, и это направление, видимо, будет
интенсивно развиваться (гл. 14).
Ферментные электроды вполне пригодны для медицинских учреждений и для
контроля в домашних условиях, поскольку их можно легко выпускать
массовыми партиями из относительно недорогих и стабильных компонентов.
Могут быть разработаны и недорогие приборы для определения алкоголя в
крови, возможно, даже через кожу. Особенно нуждаются в биосенсорах службы
срочной медицинской помощи, где срочно выполненный анализ может спасти
жизнь пациента.
Но, вероятно, наибольшие перспективы имеет использование ферментных
электродов как биосенсоров внутри или на поверхности живого организма.
Сенсоры, например, лактата и глюкозы исключительно малого размера можно
помещать во внутрисосудистые катеторы для контроля состояния
тяжелобольных пациентов [5, 10]. Трудно переоценить важность такого
показателя, как концентрация лактата в крови, который является мерой
степени оксигенации ткани или сердечной деятельности. Имеются также
данные, что высокое содержание лактата в материнском молоке во время
работы матери может вредно действовать на новорожденного. Гипоксантин
может оказаться ценным индикатором гипоксии. Имплантируемые сенсоры
глюкозы почти наверняка можно приспособить для контроля работы
инсулиновых насосов [10]. Уже одно только использование ферментных
электродов при диагностировании и лечении диабета оправдывает огромные
усилия по объединению энзимологии с электрохимией.
ЛИТЕРАТУРА
1. Boitieux J.L. et al. Clinica Chimica Acta, 136, 19 (1984).
2. Cass A. E.G., Davis G., Francis G. D., Hill H.A.O., Aston W.J.,
Higgins I. J., Plotkin E.V., Scott L.D.L., Turner A.P.F. Ferrocene-
mediated enzyme electrode for amperometric determination of glucose.
Anal. Chem., 56, 667-71 (1984).
3. Clark L.C., Jr. Monitor and control of blood and tissue oxygen
tensions. Trans. Am. Soc. Artif. Intern. Organs, 2, 41-8 (1956).
4. Clark L. C., Jr., Membrane polarographic electrode system and method
with electrochemical compensation. U.S. Patent No. 3.539455, 1970.
Выход
Рис. 1.6. Иммуносенсор на основе 02-злектрода Кларка [!]¦
Ферментный электрод
19
5. Clark L.C., Jr., Duggan С. A. Implanted electroenzymatic glucose
sensors. Diabetes Care, 5, 174 80 (1982).
6. Clark L. C., Jr., Lvons C. Electrode systems for continuous monitoring
in cardiovascular surgery. Ann. NY Acad. Sci., 102, 29-45 (1962).
7. Clark L. C., Jr., Sachs G. Bioelectrodes for tissue metabolism. Ann.
NY Acad. Sci., 148, 133-53 (1968).
8. Clark L. C., Jr., Noyes L. K" Grooms T. A., Moore M. S. Rapid micro-
measurement of lactate in whole blood. Cril. Care Med., 12, 461-4 (1984).
9. Clark L. C., Jr., Wolf R., Granger D., Taylor Z. Continuous recording
of blood oxygen tensions by polarography. J. Appl. Physiol., 6, 189-93
(1953).
10. Clark L.C., Jr. Design and long-term performance of surgically
implanted electroenzymatic glucose sensors. Ann. NY Acad. Sci., 501, 534-
7 (1987).
11. Clark L.C., Jr., Noyes L. K., Spokane R. B., Sudan R., Miller M.L.
Long term implantation of voltammetrix oxidase/peroxide glucose sensors
in the rat peritoneum. In Methods in Enzymology (Immobilized Enzymes and
Cells) (ed. K. Mosbach), Vol. 137. Academic Press, San Diego, 1988.
12. Cleland N., Enfors S.-O. Control of glucose-fed batch cultivation of
E. coli by means of an oxygen stabilized enzyme electrode. Eur. J. Appl.
Microbiol. BiotechnoL, 18, 141-7 (1983).
13. Davies P. W. The oxygen cathode. In Physical techniques in biological
research (ed. W. L. Nastuk), vol. 4, pp. 137-79. Academic Press, New
York, 1962.
14. Enfors S.-O. Oxygen stabilized enzyme electrode. U.S. Patent No. 4
374013, 1983.
15. Geibel J., Volkl H, Lang F. A microelectrode for continuous recording
of volume fluxes in isolated perfused tubule segments. Pflugers Arch.,
400, 388-92 (1984).
16. Gough D. A., Leypoldt J.K. Theoretical aspects of enzyme electrode
