Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
сахаров рассчитывали, суммируя значения аналитических сигналов для
откликов на глюкозу, фруктозу и сахарозу, при
Рис. 2.2. Схематическое изображение сенсорной системы. 1 -
перистальтический насос; 2 - водяная баня; 3-проточная ячейка; 4-
микробный электрод; 5 - преобразователь; 6 -самописец.
22 Глава 2
этом разность истинных и расчетных концентраций не превышала 8%.
Микробный сенсор помещали в бродильную среду для получения глутаминовой
кислоты, где он надежно работал более 10 дней и выдержал 960 измерений.
2.3. Глюкозный сенсор
Для определения глюкозы предложен [4, 11] микробный сенсор, состоящий из
иммобилизованных целых клеток Pseudomonas fluorescens и кислородного
электрода (рис. 2.3). Сенсор помещали в исследуемый раствор, который во
время измерений насыщали кислородом и перемешивали магнитной мешалкой.
На рис. 2.4 показана типичная зависимость сигнала сенсора от времени.
Принцип работы сенсора тот же, что и в предыдущем случае. При 30°С
стационарный ток устанавливался в пределах 10 мин. Точное время отклика
зависело от концентрации добавленной глюкозы. При удалении микробного
сенсора из раствора и помещении в среду, не содержащую глюкозы, ток
постепенно возрастал и возвращался к начальному уровню примерно за 15 мин
при 30°С.
Сенсор проявляет слабую чувствительность к фруктозе, галактозе, маннозе,
сахарозе и не чувствителен к аминокислотам. Поэтому избирательность
определения глюкозы при помощи этого микробного сенсора можно считать
вполне удовлетворительной.
При измерениях стационарного тока зависимость между током и концентрацией
глюкозы линейна до концентрации 20 мг/л, причем нижняя граница
определяемых концентраций глюкозы составляла 2 мг/л. При содержании
глюкозы 10 мг/л значение
Рис. 2.3. Схема микробного электродного сенсора для определения глюкозы.
1 - бактериальная коллагеновая мембрана; 2 -тефлоновая мембрана; 3-
платиновый катод; 4-свинцовый анод; 5-электролит (КОН); б-амперметр; 7-
самописец.
Сенсоры на основе микроорганизмов
23
Рис. 2.4. Аналитический сигнал микробного электродного сенсора.
3,6 мг/л
10
16
Г
О
J______________________I I I_____________________L*.
ю го зо 40
Время, мин
тока воспроизводилось с точностью +6%. Стандартное отклонение составило
6,5 мг/л при числе опытов более 20.
Микробный глюкозный сенсор позволяет определять концентрацию глюкозы в
патоке со средней относительной погрешностью ±10%. Для сравнения глюкозу
определяли также ферментным методом [11]; результаты коррелируют с
полученными электрохимическим методом.
Изучали также возможность повторного использования микробного сенсора.
Какого-либо уменьшения выходного тока не наблюдалось в течение двух
недель при 150 измерениях.
2.4. Сенсор уксусной кислоты
При выращивании микроорганизмов на уксусной кислоте как источнике
углерода избыток кислоты подавляет их рост и, следовательно, ее
оптимальную концентрацию следует поддерживать с помощью непрерывного
контроля в режиме "на линии". В работе [5] описан сенсор для непрерывного
определения уксусной кислоты, состоящей из иммобилизованных дрожжей
(Trichosporon brassicae), газопроницаемой тефлоновой мембраны и
кислородного электрода.
Пористую мембрану с иммобилизованными дрожжами закрепляли на поверхности
тефлоновой мембраны кислородного электрода и покрывали другой
газопроницаемой тефлоновой мембраной. Таким образом, микроорганизмы
помещались между двумя пористыми мембранами. Микробная сенсорная система
состояла из проточной ячейки с водяной рубашкой, магнитной мешалки,
перистальтического насоса, автоматического дозатора и самописца,
регистрирующего ток.
Принцип работы этого сенсора аналогичен описанному выше. Поскольку
ацетат-ионы не могут проходить через мембрану, pH пробы поддерживали
существенно ниже рК уксусной кислоты (4,75 при 30°С). На рис. 2.5
показаны аналитические сигналы при концентрациях уксусной кислоты 18, 36,
54 и 72 мг/л.
Полученные градуировочные графики (зависимости уменьшения тока от
концентрации уксусной кислоты) линейны вплоть до концентрации 72 мг/л.
Нижняя граница определяемых концентраций составляет 5 мг/л. При 20
измерениях в растворе с содержанием уксусной кислоты 54 мг/л измеряемое
уменьшение тока воспроизводится с точностью до ±6%, а стандартное
отклонение равно 1,6 мг/л.
24
Глава 2
Рис. 2.5. Аналитический сигнал сенсора, чувствительного к уксусной
кислоте. Анализируемый раствор (2,4 мл) пропускали через проточную ячейку
в течение 3 мин. Концентрации уксусной кислоты, мг/л: 1-18; 2-36; 3-54;
4- 72.
Что касается избирательности микробного сенсора по отношению к уксусной
кислоте, то следует отметить, что он не чувствителен к таким летучим
соединениям, как муравьиная кислота и метанол, или нелетучим компонентам
питательной среды, таким, как глюкоза или фосфат-ионы. Trichosporon
brassicae могут потреблять пропио-новую, н-бутановую кислоты и этанол,
однако при ферментации эти вещества обычно отсутствуют либо их
