Біосенсори та принципи їх роботи

іммобілізація фермент клітина біосенсор

Електрохімічний біосенсор − це самодостатній інтегральний пристрій, який здатний генерувати селективну кількісну або напівкількісну аналітичну інформацію використовуючи біологічний розпізнавальний елемент (біохімічний рецептор), який перебував у безпосередньому просторовому контакті і електрохімічним перетворюваним елементом (трансдуктором). Функціонально біосенсори можна порівняти з біорецепторами - датчиками живого організму, які перетворюють всі типи сигналів навколишнього середовища в електричні. Роль біоелемента можуть виконувати інтактні органи, шматочки тканин, мікроорганізми, органели, природні біомембрани або ліпосоми, рецептори, ферменти, антитіла й агенти, нуклеїнові кислоти й інші біомолекули, а також біометики, що імітують структурно-функціональні особливості природного біоелемента (рис. 2).

Рис.2 Біосенсор

Біосенсори, створені на основі іммобілізованих ферментів мікроорганізмів, називають ферментними біосенсорами (ферментними електродами, або мембранними біосенсорами), на основі цілих клітин мікроорганізмів − бактерійними біосенсорами або бактерійними електродами.

Нині створені ферментні електроди для визначення концентрації багатьох речовин: сечовини, етанолу, пеніциліну, амігдаліну, різних амінокислот і багатьох неорганічних іонів.

Бактерійні електроди мають більшу стабільність, ніж відповідні ферменті. Біосенсор для визначення концентрації глюкози був створений одним із перших. Джерелом глюкозооксидази є клітини Pseudomonas fluorescens, які використовують глюкозу. Клітини іммобілізували на колагеновій мембрані. Сенсор складається з подвійної мембрани, в якої один шар - бактерійна колагенова мембрана, а другий − киснепропускна тефлонова мембрана. Подвійна мембрана перебуває у прямому контакті з платиновим катодом і занурена у досліджену пробу. Під впливом глюкозооксидази відбувається селективне окиснення глюкози і за зменшенням , говорять про її концентрацію. Електрод може стабільно працювати протягом 4 місяців. Наприклад, за допомогою глюкозного електрода можна визначити до −моль глюкози у зразку. Глюкозні біосенсори є найуживанішими і створені з використанням різних мікроорганізмів (табл. 7).

Таблиця 7. Деякі біосенсорні системи для визначення глюкози

Ензимні сенсори визначаються високою селективністю і швидкістю за рахунок високої активності та можливості створення високої локальної концентрації ферменту в чутливому шарі. Проте недоліком багатьох ферментних сенсорів є нестабільність і висока ціна ферментів. Клітинні, особливо мікробні, біосенсори мають ряд суттєвих переваг: доступність, низька ціна і простота отримання біоелементів, можливість використання довгих метаболічних шляхів, відсутність потреби у виділенні очищених ферментів і використанні екзогенних кофакторів, можливість конструювання на генетичному та біохімічному рівнях, широкий спектр у виборі трансдуктора, інтегральність клітинної відповіді (це важливо при тестуванні сумарної токсичної та мутагенної дії компонентів довкілля), можливість у деяких випадках зберігати життєздатність сенсорних клітин і навіть забезпечити їхнє розмноження, вища стабільність, ніж у ензимних елементів. Основними недоліками мікробних біосенсорів є повільність розвитку сигналу, з огляду на нижчу концентрацію залучених у клітинну відповідь ферментів, та низька селективність сенсорної відповіді, особливо у випадку мікробних -електродних сенсорів через широку субстратну специфічність процесів клітинного дихання. Нині завдяки прогресові генної інженерії та можливості забезпечення високого рівня внутрішньоклітинної експресії цільового аналітичного ферменту ці дві основні вади мікробних сенсорів можна подолати.[1]

Подібні статті

Природний відбір
Приро́дний відбі́р (або добір) — процес, завдяки якому сприятливі спадкові характеристики стають більш загальними в наступних поколіннях популяції організмів, що розмножуються, а несприятливі спадкові характеристики стають менш з ...

Структурно-функціональні особливості легень у людини на етапах онтогенезу
Актуальність роботи полягає в тому, що ми, спираючись на порівняльний та еволюційний підхід до питання будови та функції органів дихальної системи (і особливо легень), прагнули дати максимально чіткі вікові характеристики будови і функції ...