WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 35 |

«'ч ж Ж у. ч № Ж v ^ jjif 'slfe * |j j | ф v j^ vj АЛМАГАМБЕТОВ К.Х. МЕДИЦИНСКАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ $$ ш® ф ф Ф ф Ф ШФ ш • ' ~§р ^Р 5$ s& Астана - 2009 щ УДК 60 БКК 52.81 ...»

-- [ Страница 10 ] --
Таблица 4. Х ар а к те р и с ти к а биосенсоров потенциометрически е амперометрические оптические акустические тепловые Трансдьюсор преобразует сигнал, химическое или биологичес­ кое взаимодействие между распознающим элементом биологичес­ кой природы и анализируемы м соединением в электрический си гн ал Последний через электронны е и ф изические системы усиления и регистрации сигнала, сбора и обработки данных (элек­ трохимические, спектроскопические, термические, потенцио- и амперометрические устройства) преобразуется в определенный ко л и ч ествен н ы й или к ач еств ен н ы й р е зу л ь т ат (м ощ н ость генерируемого сигнала прямо пропорциональна концентрации анализируемого соединения). Н екоторые биосенсоры работают по принципу «да - нет», что вполне приемлемо, когда решается вопрос о присутствии патогенных микроорганизмов, атипичных клеток и других вещ еств в анализируем ом м атериале. Таким образом на первой стадии дей стви я б и осен сора происходит «узнавание» биоэлементом специфического для него вещества из многокомпонентной смеси. На второй стадии происходит преоб­ разование информации о протекании биохимической реакции в ф орму электр о х и м и ческо го сигнала. И на последней стадии электрический сигнал от трнсдью сора преобразуется в форму, пригодную для качественной или количественной обработки результатов (рис. 13.).

Именно интеграция биохимического распознающего элемента и преобразователя - главная особенность, отличаю щая биосен­ соры от других биоаналитических систем.

3.1. Биосенсоры, уст ройст во и применение Фишко-химичсский 11рсобричонотсль Виоушпкмиий г И,учисмыЙ специфического для него вещества Рис. 13. «Узнавание» исследуемого вещества, преобразование биохимической Биосенсоры характеризуются высокой селективностью, ста­ бильностью работы и минимальной необходимостью обработки, очистки зонда (электрода и биоселективного материала) перед исследованием. Зонды для инвазивного использования биосовместимы, стерилизуемы и не обладают токсичными или антигенными свойствами.

К технологическим характеристикам функционирования биосенсоров относится следующее: время отклика, время жизни и время регенерации. Время отклика необ­ ходимо для возникновения равновесия между анализируемым образцом и сенсором.

Хотя оно должно быть сведено к минимуму, в некоторых методах, оно составляет порядка нескольких часов. Время жизни - это срок воспроизводимой работы сенсора, он ограничен деградацией рецепторного, биочувствительного компонента. Иногда (например, в коммерческих биосенсорах для определения глюкозы) используются одноразовые распознающие элементы. Время регенерации - это время, которое требуется для восстановления работоспособности распознающего элемента.

В зависимости от типа трансдъюсора биосенсоры подразде­ ляются на:

- оптический биосенсор реагирует на изменение коэффициента преломления света в рецепторном слое через оптический трасдьюсор;

- в потенциометрических биосенсорах используются pH- мет­ рические, газочувствительные и другие ионоселективные элекБИОСЕНСОРЫ И БИОЧИПЫ троды (аммонийный, нитратный, холиновый). Чаще применяется стеклянный рН-метр, характеризующийся высокой стабильностью в работе, уникальной избирательностью, низким пределом обнару­ жения, в некоторых случаях возможностью стерилизовать поверх­ — амперометрические биосенсоры, основанные на кислород электроде, чаще изготавливаются из платины и позволяют опре­ делять разнообразные субстраты: глюкозу, лактаты, L-аминокислоты, салицилаты, оксалаты, пируваты и др. вещества. Напри­ мер, амперометрический биосенсор на основе кислородного электрода (трансдьюсора) с иммобилизованным на нем ферментом глюкозооксидазой применяется для определения содержания глюкозы в крови. Высокая избирательность такого сенсора определяется высокой специфичностью глюкозооксидазы и природой электрохимической реакции. Ток восстановления кислорода на платиновом катоде прямо пропорционален концен­ трации кислорода. В присутствии субстрата (например, глюкозы в крови, взятой для анализа) ферментативная реакция понижает концентрацию кислорода. Таким образом, ток восстановления кислорода уменьшается пропорционально концентрации субстрата.

Существуют и другие типы биосенсоров (табл 4).

По биоселектирующему материалу биосенсоры подразде­ ляются на каталитические и аффинные:

- в каталитических биосенсорах происходит реакция по сле дующей схеме: субстрат (S) связывается с ферментом (Е), образуя комплекс (ES), затем субстрат превращается в новый продукт (Р) с высвобождением фермента. Эта реакция описывается уравне­ нием Михаэлиса - Ментен: S +Е - ES - Е + Р;

—в случае аффинных биосенсоров происходит другая реакция:

А +В = А З. В таких реакциях не образуется новый продукт, а имеет место связывание известных веществ в один комплекс.

Реакции этго типа также называют реакциями непродуктивного связывания.

К каталитическим относятся биосенсоры, использующие в рецепторном слое ферменты - высокоспецифичные катализаторы биохимических реакций. При адсорбции ферментов на твердых поверхностях (металлы, керамика, полимеры) они, как правило, сохраняют свою структуру и каталитическую ативность. В состав фермента входит одна или несколько белковых молекул, иногда присутствует небелковая часть. Каталитическая активность фер­ ментов значительно выше, чем у любых искусственных катализа­ торов. Наиболее удобно проводить измерения на ферментных электродах с ам пером етри ческим трансдъю сором, то есть измерять силу тока (поток электронов) через поверхность элек­ трода. Сила тока как скорость реакции может быть однозначно связана с концентрацией измеряемого компонента. Типичный пример в конструировании ферментного биосенсора реализуется при условии, что либо субстрат, либо продукт ферментативной реакции электрохимически активны, то есть способны быстро и ж елательно обратим о окисляться или восстанавливаться на электроде при наложении на него соответствующего потенциала.

Это амперометрический биосенсор, использующий ферментный рецепторный слой - глюкозооксидазу для определения концен­ трации глюкозы в исследуемой жидкости (рис. 14). Определяемое вещество (глюкоза) диффундирует через полупроницаемую мем­ брану в тонкий слой биокатализатора, в котором и протекает фер­ ментативная реакция. При этом глюкоза окисляется до глюконовой кислоты с образованием перекиси водорода.

Глюкоза+02 глюкозооксиД ^ глюконовая кислота+Н20,.

биосенсора, 3 - полупроницаемая мембране(для механического удержания биослоя). 4 - слой биоматериала, 5 - физический преобразователь (электрод, пьезокристалл, оптоволоконный мате­ риал и т,д.), в - усилитель сигнала, 7 - самописец (дисплей, цифрофой или световой указатель) Рис. 14. Схема работы биосенсора (а,б)

3. БИОСЕНСОРЫ И БИОЧИПЫ

К аффинным биосенсорам относятся сенсоры на определение в исследуемом материале ДНК, антигенов и антител при помощи соответствующих биоселектирующих материалов (комплементар­ ных нитей нуклеиновых кислот, специфичных антител и антигенов, фиксированных на подложке). В целом положительный результат аффинным биосенсором сложнее регистрировать, в отличие от каталитического анализатора. Поэтому требования, предъявляе­ мые к трансдъюсору аффинных биосенсоров более жесткие. В отли­ чие от аффинных, каталитические биосенсоры основаны на моле­ кулярном распознавании подложек биокатализаторами и их последующем преобразовании в продукты биохимической реак­ ции, которые четко регистрируются ферментативным электродом.

Так, в потенциометрических каталитических биосенсорах для определения содерж ания м очевины и сп ользован а реакция гидролиза, катализируемая высокоспецифичным ферментом — уреазой: CO(NHj)2 + 2 Н,0 ----- NH3 + NH4+ + Н С 03. Уреаза растительный ферментный препарат, используется как средство, предназначенное для снижения содержания мочевины в биологи­ ческих жидкостях (крови) и для применения в аппарате «искус­ ственная почка».И ммобилизованная на подложке биосенсора уреаза является биологическим компонентом, а трансдьюсором ионоселективный аммонийный электрод, активно реагирующий на концентрацию ионов аммония.

А при выявлении при помощи оптического аффинного биосен­ сора HBsAg в сыворотке крови при вирусном гепатите, необ­ ходимо на поверхность кюветы сенсора иммобилизовать специ­ фичные к этому антигену моноклональные антитела. Они образуют комплекс с HBsAg, что регистрируется по изменению коэффи­ циента преломления в поверхностном чувствительном слое с помощью оптического трансдьюсора.

Клеточные биосенсоры Клеточные биосенсоры наряду с ферментными занимают лиди­ рую щ ие позиции по степени разработки и внедрения их в диагностику. Необходимо отметить, что для многих клеток раз­ работаны методы генной инженерии, позволяющие повысить выработку определенного белка и таким образом, повысить 3.1. Биосенсоры, устройство и применение эффективность работы сенсора. Используют клетки растений, животных, человека, но наибольшее применение нашли клетки микроорганизмов, которые культивируются, легко воспроиз­ водятся и поддерживаются в чистой культуре. Первоначально для и м м обилизации клеток с сохранением их биологической активности использовали материалы природного происхождения:

желатину, агар, альгинат кальция, каррагинан. В последующие годы были разработаны методы вклю чения живых клеток в синтетические полимерные гели, которые позволяют сохранять около 100% активности клеточных ферментов и способные функ­ ционировать достаточно длительное время.

Перспективные результаты получены при применении техно­ логии криоиммобилизации клеток. Процедура иммобилизации состои т из стадии получения суспензии клеток в растворе полимера, замораживания суспензии с получением криоструктурированных гелей; при последующем размораживании обра­ зуется пористый, механически прочный материал, устойчивый (сохраняю щ ий биологическую активность) даже при 70- градусах Цельсия. Клетки, включенные в такого рода пористый материал, сохраняют активность и способность функционировать в течение нескольких месяцев.

Преимущества использования в биосенсорах клеток вместо очищенных ферментов состоят в следующем: клетки существенно дешевле в получении, содержащиеся в них ферменты находятся в естественном окружении, поэтому они дольше и надежнее работают. В отличие от ферментов при использовании клеток не требуется дорогостоящих стадий очистки.

Вместе с тем существенным недостатком, который ограничи­ вает спектр возможного применения клеток, очевидно, является их низкая селективность, обусловленная присутствием большого количества посторонних ферментов.

Для создания клеточных биосенсоров, так же как и для фер­ ментных, использую тся самые различны е трансдъю соры:

амперометрические (детекторы кислорода, пероксида водорода, медиаторы), потенциометрические (pH-чувствительные и ионо­ селективные электроды и др.), кондуктометрические, оптические, акустические, калориметрические. Развитие получили биосенсоры с использованием техники LAPS (светоадресуемых потенциомет­ рических сенсоров). LAPS-система достаточно чувствительна и на ее основе были созданы системы слежения за физиологическим состоянием отдельных клеток - так называемые микрофизиометры.

Клеточные биосенсоры применяются для селективного опре­ деления глюкозы, глутамина, тирозина, молочной и аскорбиновой кислот. Уникальные возможности связаны с анализом качества питьевой воды и загрязненности сточных вод. Существует метод определения БПК (биологического потребления кислорода) анализ на определение совокупности органических соединений, указывающих на степень загрязненности сточных вод. Биосенсор на основе иммобилизованных дрожжей в полимерном геле и кислородного электрода позволяет определять этанол и метанол, например в промышленных стоках и др.



Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 35 |
 


Похожие работы:

«доктор биол. н а у к Л. Я. Б л я х е р, доктор ф из.-мат. н а у к А. Т. Г р и г о р ь я н, доктор ф из.-мат. н ау к Я. Г. Дорфман, академ и к Б. М. Кедров, доктор экон. н ау к Б. Г. К у з н е ц о в, доктор биол. н а у к А. И. К уп ц о в, чл.-корр. АН СССР С. Р. М и к у л и н с к и й, доктор ист. н а у к Д. В. О знобиш ин, доктор ф из.-мат. н а у к И. Б. Погребысский, канд. техн. н а у к 3. К. С околовская (учены й сек р етар ь), доктор хим. н ау к Ю. И. Соловьев, канд. техн. н а у к А. С....»

«УТВЕРЖДАЮ Руководитель ООП подготовки Магистров А.Г. Емельянов 2012 г. Учебно-методический комплекс по дисциплине Методы региональных геоэкологических исследований, 1 курс (наименование дисциплины, курс) 022000.68 Экология и природопользование (шифр, название направления подготовки) Геоэкология (название специализированной программы подготовки магистров) Обсуждено на заседании кафедры Составитель: физической географии и экологии к.г.н., доцент А.А. Цыганов 25 апреля 2012 г. Протокол № 4 Зав....»

«В.А.Бароненко, Л.А.Рапопорт Здоровье и физическая культура студента Допущено Министерством образования Российской организации в качестве учебного пособия для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по группе специальностей 0300 Образование Научный редактор В.А.Бароненко Рецензенты: доктор биол. наук, академик РАН В.Н.Большаков доктор биол. наук, академик РАЕН и МАНЭБ Б.Г. Юшков Москва 2003 Альфа-М АННОТАЦИЯ Авторами учебника являются известные специалисты по...»

«Утилизация золы котельных, работающих на древесном топливе МИНСК, 2007 Программа развития ООН (ПРООН) Глобальный экологический фонд (ГЭФ) Департамент по энергоэффективности Государственного Комитета по Стандартизации Книга издана и переведена в рамках совместного проекта ПРООН/ГЭФ и Правительства Республики Беларусь “Применение биомассы для отопления и горячего водоснабжения в Республике Беларусь”. Утилизация золы котельных, работающих на древесном топливе Резензент к.т.н. И. Н. Потапкова...»

«ОХРАНА ЖИВОТНОГО МИРА В УСЛОВИЯХ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ – организованная деятельность людей, направленная на их жизнеобеспечение (неорганизованные действия и/или не направленные на жизнеобеспечение не могут считаться таковой). Охота и собирательство относятся к хозяйству присваивающего типа. Современное охотничье хозяйство уже не может считаться таковым в полной мере, т.к. включает дичеразведение, биотехнию и т.п. меры управления охот ресурсами (т.е....»

«Посвящается 55-летию высшего профессионального лесного образования в Республике Коми Н. М. Большаков РЕКРЕАЦИОННОЕ ЛЕСОПОЛЬЗОВАНИЕ Сыктывкар 2006 УДК 630*2 ББК 43.9 Б79 Утверждено к печати редакционно-издательским советом Сыктывкарского лесного института 6 апреля 2006 года Научный редактор доктор биологических наук Г. М. Козубов Большаков Н. М. Б79 Рекреационное лесопользование / Н. М. Большаков ; Сыкт. лесн. инт. — Сыктывкар : СЛИ, 2006. — 312 с. ISBN 5-9239-0030-0 В монографии изложены...»

«Арыстангулов С.С., к.с.х.н., доцент КазНАУ, г.Алматы Диверсификация растениеводства в условиях рыночной экономики предполагает гибкость в определении не только контингента возделываемых культур, но и их площадей в отдельных регионах и зонах. При этом в обязательном порядке должны учитываться биологические особенности культур, их адаптация к местным условиям. Одной из перспективных масличных культур на юге и юго-востоке республики является сафлор (Сarthamus tinctorius L.). Сафлор - относится к...»

«ПОСТАНОВЛЕНИЕ от 4 сентября 2002 г. N 325-ПП О КРАСНОЙ КНИГЕ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ В целях сохранения биологического разнообразия Мурманской области, на основании Закона Российской Федерации от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ Об охране окружающей среды и Закона Российской Федерации от 24 апреля 1995 г. N 52-ФЗ О животном мире Правительство Мурманской области постановляет: 1. Учредить Красную книгу Мурманской области. 2. Утвердить Положение о Красной книге Мурманской области (приложение N 1). 3. Утвердить...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.